เรื่องอะตอม

ตัวนำและฉนวน

วิธีที่อะตอมรวมตัวกันมีผลต่อสมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุที่เกิดขึ้น ตัวอย่างเช่นในวัสดุที่ยึดติดกันด้วยพันธะโลหะอิเล็กตรอนจะลอยตัวอย่างอิสระระหว่างไอออนของโลหะ อิเล็กตรอนเหล่านี้จะเคลื่อนที่ได้ฟรีหากใช้แรงไฟฟ้า ตัวอย่างเช่นหากมีการต่อสายทองแดงไว้ที่ขั้วของแบตเตอรี่อิเล็กตรอนจะไหลภายในลวด ดังนั้นกระแสไฟฟ้าไหลและทองแดงถูกกล่าวว่าเป็นตัวนำ

การไหลของอิเล็กตรอนภายในตัวนำนั้นไม่ง่ายนัก อิเล็กตรอนอิสระจะถูกเร่งชั่วครู่หนึ่ง แต่จะชนกับไอออน ในกระบวนการปะทะกันอิเล็กตรอนที่ได้มาบางส่วนจะถูกถ่ายโอนไปยังไอออน เป็นผลให้ไอออนจะเคลื่อนที่เร็วขึ้นและผู้สังเกตการณ์จะสังเกตเห็นว่าอุณหภูมิของสายไฟเพิ่มขึ้น การแปลงพลังงานไฟฟ้าจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเป็นพลังงานความร้อนเรียกว่าความต้านทานไฟฟ้า ในวัสดุที่มีความต้านทานสูงลวดจะร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อกระแสไฟฟ้าไหล ในวัสดุที่มีความต้านทานต่ำเช่นลวดทองแดงพลังงานส่วนใหญ่ยังคงอยู่กับอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ดังนั้นวัสดุนี้สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างดีจากพลังงานหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง คุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมพร้อมกับค่าใช้จ่ายค่อนข้างต่ำคือเหตุผลที่ว่าทำไมทองแดงจึงถูกนำมาใช้ในการเดินสายไฟฟ้า

สถานการณ์ตรงข้ามที่แน่นอนได้มาจากวัสดุเช่นพลาสติกและเซรามิกส์ซึ่งอิเล็กตรอนทุกตัวถูกขังอยู่ในพันธะไอออนิกหรือโควาเลนต์ เมื่อวางวัสดุประเภทนี้ไว้ระหว่างขั้วของแบตเตอรี่จะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหล - ไม่มีอิเล็กตรอนอิสระที่จะเคลื่อนที่ วัสดุดังกล่าวเรียกว่าฉนวน

สมบัติทางแม่เหล็ก

คุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุยังสัมพันธ์กับพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในอะตอม อิเล็กตรอนที่อยู่ในวงโคจรสามารถถือเป็นวงเล็ก ๆ ของกระแสไฟฟ้า ตามกฎของแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นวงจะสร้างสนามแม่เหล็ก อิเล็กตรอนแต่ละตัวในวงโคจรรอบนิวเคลียสจะสร้างสนามแม่เหล็กของตัวเองและผลรวมของสนามเหล่านี้พร้อมกับสนามที่อยู่ภายในของอิเล็กตรอนและนิวเคลียสจะกำหนดสนามแม่เหล็กของอะตอม อะตอมอาจถูกมองว่าเป็นแม่เหล็กเล็ก ๆ เว้นแต่ว่าฟิลด์เหล่านี้จะถูกยกเลิก

ในวัสดุส่วนใหญ่แม่เหล็กอะตอมเหล่านี้ชี้ไปในทิศทางที่สุ่มเพื่อให้วัสดุนั้นไม่ใช่แม่เหล็ก ในบางกรณี - ตัวอย่างเช่นเมื่อวางแม่เหล็กอะตอมแบบสุ่มที่มุ่งเน้นในสนามแม่เหล็กภายนอกที่มีความแข็งแรง - พวกมันเข้าแถวกันทำให้สนามแม่เหล็กภายนอกแข็งแรงขึ้นในกระบวนการ ปรากฏการณ์นี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อ paramagnetism ในโลหะบางชนิดเช่นเหล็กกองกำลัง interatomic นั้นแม่เหล็กของอะตอมจะเรียงตัวกันไปตามภูมิภาคที่มีอะตอมอยู่สองสามพันอะตอม ภูมิภาคเหล่านี้เรียกว่าโดเมน โดยทั่วไปแล้วเหล็กจะมีการสุ่มโดเมนดังนั้นวัสดุจึงไม่เป็นแม่เหล็ก หากวางเหล็กไว้ในสนามแม่เหล็กแรง ๆ โดเมนจะเข้าแถวและจะเรียงตัวต่อกันแม้จะลบสนามแม่เหล็กภายนอกออก เป็นผลให้ชิ้นส่วนของเหล็กจะได้รับสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่ง ปรากฏการณ์นี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อ ferromagnetism แม่เหล็กถาวรทำในลักษณะนี้