导体和绝缘体的区别
导体和绝缘体之间主要的区别是物理性质不同以及用途不同。从这里可以看出两者之间的区别,一般在平时使用过程中需要有所了解,才能知晓正确的使用。
物理性质上有什么不同
半导体在常温的情况下是可以导电,导电的性能是在导体和绝缘体之间。绝缘体是一种不可以传导电流的物体,有较高的电阻率。绝缘体和导体之间并没有什么绝对的界限,在某些条件下,绝缘体就可以转化成导体。
在用途上面有什么不同?
导体可以分成两种,一种是导体,另一种是半导体。导体主要是作用于工程技术、能源领域、科学领域。半导体一般都是作用于集成电路、消费电子、光伏发电、通信系统等领域。绝缘体绝大部分都是电缆的外表覆层,事实上空气本身等同于是一种绝缘体,并不需要其他的物质来绝缘。高压输电线一般都是通过空气绝缘,因为使用固体覆层并不是很实际,这会导致在相互接触之后会因此短路。
哪些是导体哪些是绝缘体
导电性能相对比较好的会有铜银铝,还会有一些含有杂质的人体,潮湿的树木,墙壁,大地以及钢筋混凝土电杆,这些都是导体。导电性能相对比较差的有云母、玻璃、陶瓷、橡胶、塑料、棉纱、纸、电木以及干燥的木材,这些从根本意义上来说都属于绝缘体。在如今的市场上并不是只有这些分类,当人们在分析之后,还能够看到有一些半导体,这些半导体会介于导体以及绝缘体中间。比较常见的是硅、锗、硒、氧化铜。
导体和绝缘体的区别
本文将深入探究导体和绝缘体的区别,帮助读者更好地了解两者的特点。
?导体和绝缘体的定义
导体是指能够传导电流的物质,如铜、人体、大地等;绝缘体是指不能传导电流的物质,如塑料、橡胶、干木材等。
?导体和绝缘体的区别
导体和绝缘体的最大区别在于它们对电流的传导能力。导体能够传导电流,而绝缘体不能传导电流。怎样认识导体和绝缘体?
容易让电流通过的物体称为导体。常见的导体有金属、石墨、电解液等。人体、大地以及酸、碱、盐的水溶液等也都是导体。
不容易导电的物体叫做绝缘体。橡胶、玻璃、陶瓷、塑料、油等都是绝缘体。
导体和绝缘体都是重要的电工材料,在生活中有广泛的用途。如电线的金属芯是导体,而其外面所包的塑料则是绝缘体,电线杆上的陶瓷接线柱、验电器上玻璃外壳等也都是绝缘体。生活中的导体与绝缘体数不胜数,各有其功效和特点。
导体和绝缘体总是相对的,某些物体在电压较低时,电流不容易通过,当电压高到一定的程度时,也有可能有较大的电流通过,另外某种绝缘性能很好的绝缘体在某些时候也会成为导体,如老化的塑料或橡胶、潮湿的木块、熔融的玻璃,空气在强电场时容易被击穿,很高的电压也容易击穿电解质。
玻璃在一般情况下为绝缘体,但熔融状态下的玻璃却容易成为导体。比如将灯泡两端的电线接入放了盐的水中,用酒精灯加热盐水。在酒精加热前,灯泡不亮,加热之后,灯泡逐渐变亮。这说明绝缘体盐水在一定情况下也能变成导体。
导体在电场中
由于静电感应,电场中的导体会显示出一些特殊的性质。
导体两端出现的正负电荷在导体内部形成反方向的电场,这个电场与外电场叠加,就会使导体内部的场强减小。但是,只要导体内部的场强不等于零,自由电子就继续移动,两端的正负电荷就继续增加,导体内部的电场就进一步削弱,直到导体内部各点的场强都等于零时为止。这时自由电子的定向移动停止。这种导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。
导体处于静电平衡状态时,它表面的场强方向一定跟它的表面垂直。如果不是这样,场强就有一个沿导体表面的分量,导体上的自由电子就会发生定向移动,这就不是平衡状态了。所以,处于静电平衡状态的导体,表面上任何一点的场强方向跟该点的表面垂直。
处于静电平衡状态的导体,内部的场强处处为零。带电导体可以认为它处于本身所带电荷形成的电场中,它在静电平衡状态时内部的场强也一定处处为零。如果不是这样,导体内部的自由电子就会发生定向移动。既然导体内部的场强处处为零,导体内部就不可能有未被抵消的电荷。这是因为,如果在导体内部某处有电荷,在它的附近的场强就不可能为零。所以,处于静电平衡状态的带电导体,电荷只能分布在导体的外表面上。
取两个验电器A和B,在B上装一个几乎封闭的空心金属圆筒C(叫做法拉第圆筒),使B和C带电,B的箔片张开。用有绝缘柄的金属小球E先跟C的外部接触,再把E移到A并跟A的金属球接触。
经过若干次以后,我们可以看到A的箔片张开,B的箔片张开的角度减小,这表明E把C的一部分电荷搬运给了A。可见法拉第圆筒的外表面是带有电荷的。如果让E不接触C的外部,而接触C的内部,重做上述实验,不论重复多少次,A的箔片都不张开,B的箔片张开的角度也不减小。这表明E并没有把C的电荷搬运给A,可见法拉第圆筒的内部不带电。
下面还得提到一个概念叫电势,我们还是拿水作为参照物。高处的水会受到重力,有向下流的趋势,所以具有这个能。那么电场中的电荷因为电场的作用,也会受电场力,因而具有向电场力方向移动的趋势,所以也有一个对应于水的重力势能的能,就叫电势能。
在某个位置,同样的电荷具有的电势能更多些,就说这里的电势更高些;就像研究水的重力势能时,水的位置高些,水具有的重力势能就高些,所以电势这个量在电学中也叫电位。两点之间电位的差值叫电位差,也就是平时说的电压。事实上,前面有很多地方说的“电压”,用词并不确切,应该是“电势”才对,只不过因为没讲电势的概念,所以在不致引起迷惑的情况下用电压这个词代替。
导体在静电平衡状态时内部场强处处为零,在导体的任意两点间移动电荷时电场力所做的功等于零,因此导体内各点的电势相等,所以称它为等势体。处于静电平衡状态的导体是一个等势体,而它的表面就是一个等势面,离导体表面越近,等势面的形状与导体表面的形状越相似。
淋浴时产生的电场,场强可达每米800伏,但这只是一个静电场。
人体皮肤的电阻,其范围大约在湿皮肤的电阻1×103欧姆至干皮肤的电阻5×105欧姆之间,可以说比较大了。但是躯体内电阻较小,只有100～500欧姆。所以我们的身体可以算是一个较好的良导体,就像其他处在静电场中的导体一样。
我们的身体是个等势体,身体各部分的电势基本上相同,所以根本不存在触电的问题。并且由于处于静电平衡状态的带电导体,电荷只能分布在导体的外表面上,你的身体里多余的电荷——比如因为淋浴而带上的负电荷,也只会集中在我们的表皮上,不会影响身体内部的生理活动。
事实上,即使不洗澡,在室外,我们鼻子的高度与脚的高度之间也有200伏特的电位差。为什么我们没有被这个电位差所电击呢?这个电场是什么原因造成的?
第一个问题的答案当然与淋浴的问题相同,在脚的高度和鼻子的高度之间可以有200伏的电位差,但是我们的身体是一个较好的良导体,因而身体各部分的电位基本上相同。所以,身体上头和脚之间不存在明显的电位差。
第二个问题就比较复杂了。地球的电场位于带负电的地球表面和带正电的高层大气之间,它是由于宇宙线和地球天然放射性的活动,造成了空气分子持续不断地电离而形成,它应该每隔5分钟或不到5分钟就发生放电。
电离产生的一些电子向高层大气移动,在海拔高度约50千米处。大气的导电性非常好,以致这部分大气基本上是一个球形导体。上升的电子会中和这个带正电的导体。同样,电离产生的一些正离子下降到带负电的地面使地面中和,这样就因物体高度不同而产生了电势。
电阻率
电阻率,是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的在常温下(20℃时)导线的电阻,叫做这种材料的电阻率。有公式R=ρl/s其中的ρ就是电阻率,l为材料的长度,s为面积。可以看出,材料的电阻大小正比于材料的长度,而反比于其面积。电阻率的单位是欧姆·米(Ω·m),常用单位是欧姆·毫米和欧姆·米。
