الفرق بين الموصل والعازل

جدول المحتويات:

الفرق الرئيسي - موصل مقابل عازل
ما هو موصل
ما هو عازل
الفرق بين الموصل والعازل

الفرق الرئيسي - موصل مقابل عازل

موصل و عازل هي المصطلحات التي تصف ما إذا كانت مادة معينة لها خصائص مواتية لتوصيل الكهرباء أو الحرارة. ال الفرق الرئيسي بين الموصل والعازل هو أن أ موصل يوصل الكهرباء أو التسخين جيدا، في حين أن يقوم العازل بتوصيل الكهرباء أو الحرارة بشكل سيئ. بناءً على ما إذا كنا مهتمين بقدرة المادة على توصيل الكهرباء أو الحرارة ، فإننا نستخدم المصطلحات موصل كهربائي / عازل أو موصل / عازل حراري.

ما هو موصل

أ موصل حراري تجري الحرارة بشكل جيد. معدل انتقال الحرارة ،

أو التيار الحراري ، بين جسمين لهما اختلاف في درجة الحرارة

اعطي من قبل

أين،

هي مساحة المقطع العرضي وطول الموصل الذي ينقل الحرارة على التوالي. الرسالة

يسمى توصيل حراري، تقاس بوحدات W m^-1 ك^-1. يصف هذا الحرف قدرة المادة على إجراء الحرارة. على سبيل المثال ، يحتوي النحاس على موصلية حرارية تبلغ حوالي 390 وات / م^-1 ك^-1 بينما يمتلك الخشب الجاف موصلية حرارية تبلغ حوالي 0.05 واط م^-1 ك^-1.

تتميز قدرة المادة على توصيل الكهرباء بها التوصيل الكهربائي (

)، والتي يتم تعريفها على أنها المعاملة بالمثل لمقاومة المادة. هذا هو،

أين،

هي الكثافة الحالية و

هي شدة المجال الكهربائي. في الواقع ، غالبًا ما يتم حساب موصلية المادة باستخدام الصيغة

أين،

هو طول الموصل و

هي منطقة المقطع العرضي للموصل.

هي مقاومة الموصل ، وتعطيها نسبة فرق الجهد عبر الموصل إلى التيار عبر الموصل. وحدات قياس التوصيل الكهربائي S m^-1 (سيمنز لكل متر). تبلغ موصلية النحاس حوالي 5.9 × 10⁷ م^-1. بينما الموصلية الكهربائية للرصاص حوالي 4.6 × 10⁶ م^-1.

الأبعاد المستخدمة لحساب التوصيل

في المعادن ، تكون الإلكترونات مسؤولة بشكل أساسي عن حمل التيار والحرارة. لذلك ، ترتبط التوصيلات الكهربائية والحرارية ارتباطًا وثيقًا. العلاقة معطاة من قبل قانون Wiedemann-Franz:

حيث ، T هي درجة الحرارة المطلقة (بالكلفن) و

هو ثابت يسمى ثابت لورينز (

ال العلاقة بين التوصيل الحراري والكهربائي بالنسبة لغير المعادن ليست مرتبطة بشكل واضح: هذا لأن الكهرباء دائمًا ما يتم نقلها بواسطة ناقلات شحن مجانية بينما يمكن أيضًا إجراء الحرارة عن طريق اهتزازات الأيونات التي لا تتمتع بحرية الحركة. عادةً ما تكون المواد ذات الروابط المعدنية موصلات حرارية وكهربائية جيدة ، لأنها تحتوي على إلكترونات حرة يمكنها التحرك بسهولة وتوصيل الكهرباء والحرارة.

ما هو عازل

تسمى المادة ذات الموصلية الحرارية المنخفضة أ عازل حراري. يعتبر الزجاج أيضًا عازلًا جيدًا ، حيث تبلغ الموصلية الحرارية حوالي 0.8 واط م^-1 ك^-1. يعد الهواء عازلًا حراريًا أفضل ، حيث تبلغ الموصلية الحرارية حوالي 0.02 وات م^-1 ك^-1. يستفيد الزجاج المزدوج المزجج من الموصلية الحرارية المنخفضة للهواء لعزل المنازل عن طريق وجود طبقة من الهواء محصورة بين طبقتين من الزجاج.

بصورة مماثلة، عوازل كهربائية هي مواد ذات توصيلات كهربائية منخفضة. تتميز مادة PVC ، التي تُستخدم لعزل الكابلات ، بموصلية منخفضة جدًا تصل إلى 10^-12 – 10^-13 م^-1. عادةً ما تكون المواد المصنوعة من البوليمرات (التي تحتوي على روابط تساهمية بينها مع القليل جدًا من الإلكترونات الحرة) عوازل حرارية وكهربائية جيدة لأن معظم إلكتروناتها مرتبطة بإحكام.