Chất Dẫn Điện Là Gì【What a Conductor Is】
Các bạn đã biết rằng: dòng điện là dòng chuyển động của các electron. Những vật liệu cho phép các electron chuyển động tự do được gọi là chất dẫn điện. Dây đồng được coi là chất dẫn điện tốt vì nó có nhiều electron tự do. Các nguyên tử đồng được giữ cố định bởi cấu trúc mà đồng hình thành khi nó ở dạng rắn. Các electron ở quỹ đạo ngoài của nguyên tử đồng liên kết không mạnh lắm và có thể dễ dàng thoát ra khỏi nguyên tử.
Năng lượng điện, được truyền qua dây dẫn bằng sự chuyển động của các electron tự do di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác bên trong dây dẫn. Mỗi electron di chuyển một khoảng cách rất ngắn đến nguyên tử lân cận nơi nó thay thế một hoặc nhiều electron bằng cách buộc chúng ra khỏi quỹ đạo bên ngoài của nó. Các electron được thay thế lặp lại quá trình này ở các nguyên tử lân cận khác, cho đến khi sự di chuyển chuyển động của các electron được truyền qua toàn bộ dây dẫn. Càng có nhiều electron được tạo ra để di chuyển chuyển động trong vật liệu với một lực tác dụng nhất định, thì bạn càng có chất dẫn điện tốt hơn. Bạc là chất dẫn điện tốt nhất, nhưng chúng ta thường sử dụng đồng chất dẫn điện tốt tiếp theo vì nó rẻ hơn. Gần đây, chúng ta đã bắt đầu sử dụng nhôm; khi được sử dụng đúng cách, nó gần như dẫn điện tốt như đồng nhưng lại rẻ hơn nhiều. Tiếp theo là kẽm, đồng thau và sắt. Trên thực tế, hầu hết các kim loại thông thường đều có tính dẫn điện tương đối tốt. Nước muối và các dung dịch muối hoặc axit tương tự cũng là chất dẫn điện tốt. Carbon cũng là chất dẫn điện tốt.
Chú Thích
- (Many Electrons available): Có nhiều electron có sẵn
- (Many Electrons out): có nhiều electron thoát ra
- (Conductor permits electrons to move through it): Dây dẫn (chất dẫn điện) Cho phép các electron di chuyển qua nó
Khi bạn đã hiểu nhiều hơn về điện, bạn sẽ biết tầm quan trọng của việc chọn đúng dây dẫn, đúng kích cỡ để thực hiện một số công việc cụ thể. Bạn cũng sẽ biết rằng một số kim loại và hợp kim (sự kết hợp, hỗn hợp các kim loại) chỉ là chất dẫn điện tốt, mặc dù những vật liệu này cũng rất hữu ích.
Khi một số kim loại được làm lạnh đến khoảng -270 độ C (theo thang đo Celsius, thang độ C), chúng biểu hiện tính siêu dẫn. Trong những điều kiện như vậy, những kim loại này về cơ bản không có khả năng cản trở dòng điện tử (dòng electron). Ứng dụng thực tế đang được tạo ra là tính siêu dẫn (superconductivity), trong động cơ điện siêu đông lạnh (cryogenic supercold electric motors) và trong các nam châm điện mạnh dùng trong công việc tổng hợp, hợp nhất hạt nhân.
Chất Cách Điện Là Gì【What an Insulator Is】
Các vật liệu có số lượng electron tự do rất ít được gọi là chất cách điện. Trong những vật liệu này, cần một lượng năng lượng lớn để đưa electron ra khỏi quỹ đạo của nguyên tử. Thậm chí khi có năng lượng đó, chỉ có một vài electron có thể được giải phóng mỗi lần. Trên thực tế, không có chất cách điện hoàn hảo. Do đó, không có sự phân chia rõ ràng giữa dây dẫn (chất dẫn điện) và chất cách điện; chất cách điện có thể được xem như là chất dẫn điện kém. Các vật liệu như: kính thủy tinh, mica, cao su, nhựa, gốm sứ và đá phiến được coi là những chất cách điện tốt nhất. Không khí khô cũng là một chất cách điện tốt. Một tên gọi khác cho chất cách điện (Insulator) là chất điện môi (dielectric). Có thể bạn sẽ ngạc nhiên khi biết rằng chất cách điện cũng quan trọng như chất dẫn điện, bởi vì nếu thiếu chúng, sẽ không thể giữ cho electron lưu thông ở những nơi mà chúng ta muốn và ngăn electron lưu thông ở những nơi mà chúng ta không muốn.
Chú Thích
- (Many Electrons available): Có nhiều electron có sẵn
- (Very few Electrons out): Có rất ít electron thoát ra ngoài
- (Insulator keeps electrons from passing through it): Cách điện (Chất Cách Điện) Ngăn electron đi lưu thông qua
Khi bạn biết nhiều hơn về điện, bạn sẽ nhận thấy việc chọn một loại cách điện đúng kích thước cho một công việc cụ thể là quan trọng như thế nào.
Chất Bán Dẫn Là Gì【What a Semiconductor Is】
Đúng như tên gọi, chất bán dẫn là vật liệu có một số đặc tính của cả chất cách điện và chất dẫn điện. Trong những năm gần đây, những vật liệu bán dẫn (semiconductor materials) này đã trở nên cực kỳ quan trọng làm nền tảng cho bóng bán dẫn (transistor), điốt và các thiết bị thể rắn (solid-state devices) khác mà bạn có thể đã nghe nói đến. Chất bán dẫn thường được làm từ germanium hoặc silicon, nhưng selen và oxit đồng cũng như các vật liệu khác cũng được sử dụng nữa. Để biến những vật liệu này thành chất bán dẫn, các tạp chất được kiểm soát cẩn thận sẽ được thêm vào chúng trong quá trình sản xuất. Điều quan trọng về chất bán dẫn không phải là chúng nằm ở giữa chất cách điện và chất dẫn điện. Đó là khi được chế tạo đúng cách, chúng sẽ dẫn điện theo một hướng tốt hơn so với hướng khác. Như bạn sẽ thấy sau này, đây là một đặc tính, tính chất vô cùng quý giá mà bạn có thể tận dụng theo nhiều cách khác nhau. Hiện tại bạn chưa có đủ kiến thức để có thể tìm hiểu thêm về chất bán dẫn. Tuy nhiên, bạn sẽ tìm hiểu thêm về chúng khi bạn đã tìm hiểu thêm thông tin thực tế về điện.
Chú Thích
- (When properly made and used, semiconductors are like conductors in one direction): Khi được chế tạo và sử dụng đúng cách, bán dẫn giống như dây dẫn chỉ theo một hướng
- (…but act insulators in the other direction): …nhưng lại hành động ngăn chặn như chất cách điện ở hướng khác
Tóm Tắt Đánh Giá Lại Về: Chất Dẫn Điện, Chất Cách Điện, Chất Bán Dẫn【Review of Conductors, Insulators, Semiconductors】
Tất cả các vật liệu có thể được phân loại là: chất dẫn điện, chất cách điện hoặc chất bán dẫn. Không có đường phân chia cố định chắc chắn. Ngoài ra, không có chất dẫn điện hoàn hảo hoặc chất cách điện hoàn hảo. Chúng ta sử dụng chất dẫn điện và chất cách điện ở những nơi phù hợp để làm cho điện đi theo đúng hướng mà chúng ta mong muốn và ngăn, giữ điện không đi vào những nơi mà nó không nên đi.
- Chất dẫn điện (CONDUCTORS) – Là các vật liệu cho phép nhiều electron chuyển động di chuyển tự do.
- Chất cách điện (INSULATORS) – Là các vật liệu không cho phép nhiều electron chuyển động di chuyển tự do.
- Chất bán dẫn (SEMICONDUCTORS) – Là các Vật liệu, khi được chế tạo đúng cách, có thể hoạt động như chất dẫn điện hoặc chất cách điện tùy thuộc vào hướng dòng điện đi.
- Dây dẫn điện tốt (GOOD CONDUCTORS) – Bạc > đồng > nhôm > kẽm > đồng thau > sắt là những chất dẫn điện tốt nhất, được liệt kê sắp xếp theo thứ tự khả năng dẫn điện của chúng.
- Chất cách điện tốt (GOOD INSULATORS) – Không khí khô > thủy tinh > gốm sứ > mica > cao su > nhựa > đá phiến nằm trong số những chất cách điện tốt nhất, được liệt kê gần đúng theo thứ tự khả năng cách điện của chúng.