Пластмасса это проводник: Проводники и диэлектрики

Содержание

Проводники и диэлектрики

Все материалы, существующие в природе, различаются своими электрическими свойствами. Таким образом, из всего многообразия физических веществ в отдельные группы выделяются диэлектрические материалы и проводники электрического тока.

Что представляют собой проводники?

Проводник – это такой материал, особенностью которого является наличие в составе свободно передвигающихся заряженных частиц, которые распространены по всему веществу.

Проводящими электрический ток веществами являются расплавы металлов и сами металлы, недистиллированная вода, раствор солей, влажный грунт, человеческое тело.

Металл – это самый лучший проводник электрического тока. Также и среди неметаллов есть хорошие проводники, например, углерод.

Все, существующие в природе проводники электрического тока, характеризуются двумя свойствами:

показатель сопротивления;

показатель электропроводности.

Сопротивление возникает из-за того, что электроны при движении испытывают столкновение с атомами и ионами, которые являются своеобразным препятствием. Именно поэтому проводникам присвоена характеристика электрического сопротивления. Обратной сопротивлению величиной является электропроводность.

Электропроводность – это характеристика (способность) физического вещества проводить ток. Поэтому свойствами надежного проводника являются низкое сопротивление потоку движущихся электронов и, следовательно, высокая электропроводность. То есть, лучший проводник характеризуется большим показателем проводимости.

Например кабельная продукция: медный кабель обладает большей электропроводностью по сравнению с алюминиевым.

Что представляют собой диэлектрики?

Диэлектрики – это такие физические вещества, в которых при заниженных температурах отсутствуют электрические заряды. В состав таких веществ входят лишь атомы нейтрального заряда и молекулы. Заряды нейтрального атома имеют тесную связь друг с другом, поэтому лишены возможности свободного перемещения по всему веществу.

Самым лучшим диэлектриком является газ. Другие непроводящие электрический ток материалы – это стеклянные, фарфоровые, керамические изделия, а также резина, картон, сухое дерево, смолы и пластмассы.

Диэлектрические предметы – это изоляторы, свойства которых главным образом зависимы от состояния окружающей атмосферы. Например, при высокой влажности некоторые диэлектрические материалы частично лишаются своих свойств.

Проводники и диэлектрики широко используются в сфере электротехники для решения различных задач.

Например, вся кабельно-проводниковая продукция изготавливается из металлов, как правило, из меди или алюминия. Оболочка проводов и кабелей полимерная, также, как и вилках всех электрических приборов. Полимеры – отличные диэлектрики, которые не допускают пропуска заряженных частиц.

Серебряные, золотые и платиновые изделия – очень хорошие проводники. Но их отрицательная характеристика, которая ограничивает использование, состоит в очень высокой стоимости.

Поэтому применяются такие вещества в сферах, где качество гораздо важнее цены, которая за него уплачивается (оборонная промышленность и космос).

Медные и алюминиевые изделия также являются хорошими проводниками, при этом имеют не столь высокую стоимость. Следовательно, использование медных и алюминиевых проводов распространено повсеместно.

Вольфрамовые и молибденовые проводники имеют менее хорошие свойства, поэтому используются в основном в лампочках накаливания и нагревательных элементах высокой температуры. Плохая электропроводность может существенно нарушить работу электросхемы.

Диэлектрики также различаются между собой своими характеристиками и свойствами. Например, в некоторых диэлектрических материалах также присутствуют свободные электрически заряды, пусть и в небольшом количестве. Свободные заряды возникают из-за тепловых колебаний электронов, т.е. повышение температуры все-таки в некоторых случаях провоцирует отрыв электронов от ядра, что понижает изоляционные свойства материала. Некоторые изоляторы отличаются большим числом «оторванных» электронов, что говорит о плохих изоляционных свойствах.

Самый лучший диэлектрик – полный вакуум, которого очень трудно добиться на планете Земля.

Полностью очищенная вода также имеет высокие диэлектрические свойства, но таковой даже не существует в реальности. При этом стоит помнить, что присутствие каких-либо примесей в жидкости наделяет ее свойствами проводника.

Главный критерий качества любого диэлектрического материала – это степень соответствия возложенным на него функциям в конкретной электрической схеме. Например, если свойства диэлектрика таковы, что утечка тока совсем незначительная и не приносит никакого ущерба работе схемы, то диэлектрик является надежным.

Что такое полупроводник?

Промежуточное место между диэлектриками и проводниками занимают полупроводники. Главное отличие проводников заключается в зависимости степени электропроводности от температуры и количества примесей в составе. При том материалу свойственны характеристики и диэлектрика, и проводника.

С ростом температуры электропроводность полупроводников растет, а степень сопротивления при этом падает. При понижении температуры сопротивление стремится к бесконечности. То есть, при достижении нулевой температуры полупроводники начинают вести себя как изоляторы.

Полупроводниками являются кремний и германий.

Статья по теме: Электрический ток и его скорость

5 фактов о пластике как изоляторе (почему и как его использовать)

By Кирти Мурти

Некоторые материалы обладают свойством препятствовать передаче энергии, такой материал называется изолятором. Дайте нам знать, является ли пластик изолятором или нет.

Пластик является изолятором, потому что он не позволяет ни электричеству, ни теплу передаваться через него к любому другому материалу, эффективно удерживая электроны от движения. Также в состав пластика входят углерод, кислород и водород, не имеющий свободного электрона в валентной оболочке.

Давайте обсудим еще некоторые факты о том, почему пластик является изолятором, его использование и обстоятельства, при которых пластик действует как электрический проводник.

Почему пластик является хорошим электроизолятором?

Пластик — это искусственный полимер, состоящий из атомов с длинной цепью, сложенных вместе, чтобы сформировать гибкое твердое тело. Давайте найдем причину электроизоляционной природы пластика.

Пластик является хорошим электрическим изолятором, потому что у него нет свободного электрона на внешней валентной оболочке. Все электроны тесно связаны со своим ядром, так что нет случайного движения электрона, чтобы нести заряды для проведения электричества.

В пластике запрещенная энергетическая щель между валентностью и зоной проводимости очень велика, поэтому электроны не могут легко прыгать в сторону зоны проводимости, поэтому проведение электрического тока в пластике совершенно невозможно.

Пластик — хороший теплоизолятор?

Теплоизолятор – это материал, через который не может передаваться тепло. Проверим, пропускает ли пластик тепло или нет.

Пластик действительно является хорошим теплоизолятором, потому что он не состоит из свободных электронов, которые могут беспорядочно перемещаться в решетке, ограничивая поток тепла, поскольку все электроны захвачены внутри из-за наличия пузырьков воздуха, присутствующих в молекуле полимера.

Использование пластика в качестве изолятора

Пластик — это не биоразлагаемый материал, который имеет широкий спектр применения в качестве изолятора. Приведем список применений пластика в качестве изолятора.

Пластик используется в качестве изоляции для электрических проводов.
В кухонной утвари используются пластиковые ручки, так как они обеспечивают хорошую теплоизоляцию.
Электрические выключатели и вилки изготовлены из пластика.
Термореактивные пластмассы изготавливаются из нескольких слоев пластика, чтобы предотвратить передачу тепла, чтобы пища могла оставаться теплой.

Некоторые виды пластика, такие как майлар, мелинекс и полиэфирные пленки, широко используются в качестве изолятора, поскольку они экологичны и долговечны. Кондиционеры также изготавливаются из пластикового полимера, поскольку они могут выдерживать определенные высокие температуры без плавления.

Является ли стекло лучшим изолятором, чем пластик?

Способность удерживать энергию без какой-либо утечки энергии определяет материал как товар. изолятор. Давайте проверим, какой изолятор лучше, стекло или пластик.

Стекло определенно не лучший изолятор, чем пластик, поскольку расположение атомов в стекле более правильное, чем в пластике, так что пластик может удерживать больше электронов и может ограничивать их движение больше, чем стекло.

Стекло может поглощать больше тепла и теряет свои изоляционные свойства в 100 раз быстрее, чем пластик.

Когда пластик проводит электричество?

При определенных обстоятельствах изолятор также может проводит электричество. Давайте изучим ситуацию с пластиком, проводящим электричество.

Смешивание пластика с материалом с высокой проводимостью может привести к тому, что пластик будет проводить электричество.
Когда к пластику прикладывается достаточно высокое напряжение, он приобретает огромное количество энергии для освобождения электронов, тогда в пластике возможна проводимость электричества.

Заключение

Давайте завершим этот пост, заявив, что пластик является одним из лучших изоляторов, проводимость которого намного ниже, чем у стекла и дерева. Способность пластика удерживать тепло больше из-за пузырьков воздуха.

Пластик в качестве проводника

Гибрид пластика и металла в виде гранулята или нити. На следующем этапе проводящий материал можно снова пластифицировать (смягчить) и использовать в качестве печатной платы.
© ИФАМ Фраунгофера

(PhysOrg.com) — Пластик, проводящий электричество, и металл, весящий не больше пера? Звучит как перевернутый мир. Тем не менее, исследователям удалось сделать пластмассы проводящими и в то же время сократить производственные затраты.

Вряд ли можно найти большие контрасты в одной и той же команде. Пластик легкий и недорогой, но изолирует электрический ток. Металл эластичен и проводит электричество, но он также дорог и тяжел. До сих пор не удавалось совместить свойства этих двух материалов.

IFAM в Бремене (Германия) разработала решение, которое сочетает в себе лучшее из обоих миров, не требуя нового оборудования для обработки компонентов. Самой большой проблемой для исследователей было заставить пластик проводить электричество, поскольку гибриды пластика и металла должны использоваться в тех самых местах, где пластиковые компоненты оснащены печатными платами, например, в автомобилях или самолетах. До сих пор это было возможно только с помощью окольного пути штамповки и гибки металлических листов в сложном процессе, чтобы интегрировать их в компонент.

Новое решение проще: композитный материал. Различные материалы не просто соединяются вместе или соединяются, а смешиваются в специальном процессе для получения единого материала. Этот процесс создает однородную и мелкоячеистую электропроводящую сеть. Композит обладает необходимой химической стабильностью и малым весом в сочетании с электро- и теплопроводностью металлов. Поскольку в будущем больше не будет необходимости интегрировать металлические печатные платы, а компоненты вскоре можно будет производить за один рабочий этап, производственные затраты и вес материала резко уменьшатся.

В частности, от этого развития выиграют производители автомобилей и самолетов. Корпуса фар автомобиля, например, сделаны из пластика. До сих пор для освещения фар устанавливались перфорированные металлические листы. Если бы корпуса были оснащены печатными платами из проводящих гибридов пластика и металла, их можно было бы производить более эффективно и с меньшими затратами, чем когда-либо прежде. Многие компоненты самолета, такие как фюзеляж, частично изготовлены из композитов углеродного волокна (CFC). Однако они не обладают способностью проводить электричество. Удар молнии может иметь фатальные последствия. Гибрид пластика и металла был бы хорошей альтернативой разгрузочным конструкциям на компонентах.

Предоставлено Fraunhofer-Gesellschaft

Цитата :
Пластик как проводник (2008, 2 декабря)
получено 25 апреля 2023 г.
с https://phys.org/news/2008-12-plastic-conductor.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Проводит ли пластик электричество? (Нет. Прочтите Почему?)

Вы когда-нибудь включали что-то с пластиковым покрытием в настенную розетку и задавались вопросом, почему вы никогда не чувствовали электрического тока? Возможно, вы также задавались вопросом, почему так много ваших электрических устройств покрыты пластиком. Есть ли связь между электричеством и пластиком? Или пластик проводит электричество?

Это очень важный вопрос, потому что многие вещи, которыми вы пользуетесь дома, питаются от электричества. В этой статье объясняется, является ли пластик электрическим проводником или изолятором. Вы также узнаете разницу между изолятором и проводником. Мы расскажем вам, проводит ли пластик электричество или защищает людей от поражения электрическим током. Наконец, мы приводим хорошие примеры хороших и плохих электрических проводников.

Является ли пластик проводником электричества?

Пластик не является проводником электричества. Свободные электроны должны перемещаться в материале, чтобы через него протекал электрический ток. Электроны и ионы отсутствуют в пластмассах. Большинство пластиков содержат органические полимеры. Органические полимеры образованы атомами углерода или атомами углерода в дополнение к азоту, сере и кислороду.

Поскольку пластик является органическим, электропроводность невозможна, так как в нем отсутствует ионный элемент. Соединение многих мономеров лежит в основе создания полимеров. Из-за того, как соединяются мономеры, не остается места для прохождения электрического тока.

Проводник и изолятор: в чем разница?

Способность материала пропускать электрический ток является основным отличием проводника от изолятора. Материал, через который протекает электрический ток, называется проводником. Вещество, которое плохо проводит электрический ток, называется изолятором.

Вы можете увидеть основные различия между проводниками и изоляторами в таблице ниже:

	Проводники	Изоляторы
1	Электрический заряд может двигаться более свободно.	Электрический заряд движется с трудом.
2	Электрическое поле существует на поверхности и внутри материала.	Электрические поля не существуют на поверхности и внутри материала.
3	Проводники накапливают энергию.	Изоляторы не хранят энергию.
4	Их удельное сопротивление может варьироваться от низкого до высокого.	Имеют высокое удельное сопротивление.
5	Проводники обладают высокой проводимостью и низким сопротивлением.	Минимальная проводимость и очень высокое сопротивление.
6	Их ковалентные связи слабые.	Их ковалентные связи прочны.
7	Валентная зона почти пуста, а зона проводимости заполнена электронами.	Зона проводимости почти пуста, а валентная зона заполнена электронами.

Является ли пластик проводником или изолятором?

Пластмассы являются изоляторами. Они препятствуют свободному прохождению электронов, что, в свою очередь, препятствует протеканию электрического тока. Пластмассы имеют атомы, которые тесно связаны друг с другом. Тогда становится трудно, если не невозможно, электронам течь от одного атома к другому. Изолятор — это все, что препятствует прохождению электрического тока.

Поскольку пластик имеет низкую проводимость, через него может протекать минимальный ток. Атомы в пластике имеют мощную ковалентную связь. Обмен одной или несколькими парами электронов между двумя атомами образует ковалентную связь. Пары называются общими или связывающими парами. Ковалентная связь – это совместное использование электронов.

Почему пластик не проводит электричество?

Пластики не проводят электричество по нескольким причинам. Давайте рассмотрим некоторые из этих факторов:

Высокий уровень удельного сопротивления

Сопротивление материала протекающему через него электрическому току измеряется его удельным сопротивлением. Омметры (Ом·м) используются для измерения электрического сопротивления. Удельное электрическое сопротивление изоляторов велико и находится в пределах .

Вот уровни удельного сопротивления нескольких пластиков:

Антипирен ASA/PC – 14 10 ¹⁵ Ом.см
Смесь ABS/PC 20% стекловолокна – 16 10 ¹⁵ Ом.см
CA Ацетат целлюлозы- 12 10 ¹⁵ Ом.см
ABS высокотемпературный- 16 10 ¹⁵ Ом.см 1

90 Молекулы пластика соединены вместе что атомы ‘ электроны полностью заняты. В результате в пластмассах отсутствуют свободные электроны, которые могут двигаться и проводить электрический ток.

Низкая теплопроводность

Теплопроводность обычно низкая для всех изоляторов. Это означает, что изоляторы затрудняют передачу тепла через них. Электрический ток не может легко проходить через пластик, потому что электроны там статичны и не перемещаются. Пластмассы концентрируют поток и защищают от потери тока.

Напряжение пробоя:

Из-за напряжения пробоя или диэлектрической прочности пластмассы не проводят электричество. При воздействии чрезмерно высокого напряжения все изоляторы будут проводить электричество. Такие материалы, как пластик, теряют свои изоляционные свойства при высоких напряжениях. Напряжение пробоя – это напряжение, при котором происходит это преобразование. Для изоляторов существуют различные уровни напряжения пробоя.

Именно по этой причине пластмассы не будут использоваться в промышленности. Вместо этого они будут в основном использоваться в качестве изоляторов в домах с низким напряжением.

Проводит ли пластик тепло?

Из-за отсутствия свободных электронов, необходимых для теплопроводности, пластмассы являются плохими проводниками тепла/электропровода. Тепло передается за счет теплопроводности, когда одна часть материального тела соприкасается с другой. У пластиков нет свободных электронов, в отличие от их металлических собратьев. Молекулы пластика плотно сжимаются, увеличивая свою плотность.

При высокой плотности атомы не могут двигаться и вызывать вибрации, выделяя тепло. Плотность измеряет массу на единицу объема. Температура и влажность также влияют на теплопроводность пластмасс.

Может ли пластик предотвратить поражение электрическим током?

Да, пластик, будучи плохим изолятором, может предотвратить поражение электрическим током. Электричество имеет опасный энергетический уровень, который может шокировать и убить. Большинство электрических кабелей покрыты пластиком или резиной для предотвращения поражения электрическим током. Когда электрические провода покрыты пластиком, вы можете быть уверены, что электроны, движущиеся по ним, не пройдут через ваше тело, когда вы с ними соприкоснетесь.

Пластмассы в первую очередь подходят для изоляции электрических проводов из-за их гибкости и легкости изгибания кривых. Они также медленно горят и эффективно выделяют тепло.

Когда кто-то вступает в контакт с разницей напряжения, он может получить удар током. Рассмотрим ситуацию, когда человек стоит на земле с нулевым напряжением. Если они соприкоснутся с проводником в неисправной электрической цепи, через них потечет электрический ток.

Но очень важно помнить, что вас поражает электрический ток, а не напряжение. Ваше тело может испытать удар током всего в 1 мА (1/1000 ампера) электрического тока. Больше этого с такой скоростью заставит ваши мышцы неконтролируемо сокращаться. Вы не сможете отсоединить электрический проводник в этой ситуации. Выше 100 мА наступает смерть.

Пластиковое покрытие на проводе предотвращает передачу электрического тока при прикосновении к нему. Стоя в пластиковом ведре, вы защититесь от любого потенциального удара, предотвратив соединение с землей. Однако не держитесь за того, кого бьет током, если вы его видите. Они, вероятно, передают электрический ток вам.

Примеры хороших и плохих проводников электричества

Наша жизнь сильно зависит от электричества, которое может быть смертельно опасным, если с ним не обращаться должным образом. Важно знать, какие материалы являются хорошими проводниками электричества, а какие нет.

Хорошие проводники электричества

Материалы, которые позволяют электричеству легко течь, считаются хорошими проводниками электричества. Эти материалы обеспечивают низкое сопротивление потоку. Ниже выделены четыре хороших проводника электричества.

Ионные проводники: Ионные проводники, как и соленая вода, являются проводниками в форме раствора.
Металлы: Большинство металлов являются хорошими проводниками, потому что они имеют большое количество свободных электронов и свободную подвижность. Металлы включают медь, серебро, алюминий и золото, и это лишь некоторые из них. Проводимость металла увеличивается с увеличением количества присутствующих свободных электронов.
Полупроводники: Полупроводники по-прежнему используются, хотя они не очень хорошо проводят электричество. К полупроводникам относятся такие материалы, как германий (Ge) и кремний (Si).
Неметаллы: Некоторые неметаллы хорошо выполняют функции электрических проводников. У нас есть углерод в виде графита. Только три из четырех атомов углерода в структуре графита используются для связи, оставляя один свободный атом.

Плохие проводники электричества

Материалы, которые действуют как изоляторы, препятствуют прохождению электричества. Сильные изоляторы обычно используются для покрытия или обеспечения барьера между проводниками, чтобы контролировать электрические токи. Выделены материалы, которые являются плохими проводниками электричества.

Чистая вода: В чистой воде нет заряженных ионов или электронов. Указанные ионы или электроны должны свободно перемещаться. Хотя молекулы чистой воды могут свободно течь, они не заряжены.
Пластмасса: Мы уже видели, что пластмассы не содержат заряженных ионов или электронов, а являются органическими полимерами. Полимеры состоят из длинной цепи мономеров, которые являются жесткими.
Стекло: Из-за сильной химической связи стекло в обычном состоянии не проводит электричество. Из-за этого из них делают рентгеновские трубки и лампочки.
Каучук: Длинная цепочечная полимерная структура каучука ограничивает свободное движение электронов. Сильные электронные связи валентной оболочки ограничивают прохождение электрического тока.
Масло: Электрический ток не может проводиться носителями заряда, содержащимися в масле. Длинные углеводородные цепи в масле препятствуют растворению в нем ионных молекул. Ионов нет, потому что нет ионизации.

Заключение

Из-за своих органических полимеров пластмассы плохо проводят электрический ток.