Przewodniki i izolatory

Elektryczność - przydatna do tak wielu rzeczy. Energia elektryczna przepływając przez kabel w sznurze światełek, dociera do lampek i zapala je. Nie martw się Filipie, energia elektryczna nie zrobi ci krzywdy, nawet jeśli trzymasz kabel w dłoni. Oczywiście, elektryczność może być niebezpieczna. Ale spójrz na ten kabel.

Dotykasz tylko plastiku, który pokrywa przewody. Przewody zrobione z miedzi, która jest metalem, znajdują się wewnątrz kabla. I to właśnie przez nie przepływa ładunek elektryczny. Ładunek elektryczny uwielbia takie materiały jak miedź, ponieważ może przez nią przepływać szybko i bez problemów. Miedź przewodzi prąd. Jest przewodnikiem.

Plastik jest natomiast inny. Plastik nie przewodzi prądu. Chroni cię przed porażeniem prądem. Plastik jest dobrym izolatorem. Co sprawia, że miedź jest przewodnikiem, a plastik izolatorem?

Dowiedzmy się. Elektryczność to ruch ładunków, które mogą być dodatnie lub ujemne. Naładowane cząstki starają się zawsze pozostać w stanie równowagi, dążąc do tego, aby ilość ładunków dodatnich i ujemnych była taka sama. Kiedy nie ma między nimi równowagi, intensywnie starają się ją osiągnąć. Przyciąganie ładunków ujemnych do dodatnich nazywamy siłą elektrostatyczną i to ona wprawia w ruch naładowane cząstki.

Elektron to cząstka naładowana ujemnie, a kiedy mówimy o elektryczności, najczęściej zajmujemy się właśnie elektronami. Obszar po lewej stronie ma ujemny ładunek. Jest tam nadmiar elektronów, a po prawej stronie jest obszar, o dodatnim ładunku, gdzie elektronów jest niewiele i gdzie dodatnio naładowane protony stanowią większość. Protony przyciągają elektrony, ale same uwięzione są w atomach i nie mogą się poruszać. Z kolei elektrony czują obecność protonów i usiłują się do nich dostać.

Elektrony nie są tak ściśle związane z atomami, więc mogą się poruszać. Nie docierają jednak daleko, ponieważ pomiędzy ładunkami jest obszar próżni, której elektrony nie dają rady przeskoczyć. Pomóżmy im i połączmy te obszary drutem, czyli przewodnikiem zrobionym z miedzi. Pierwiastek, jakim jest miedź, ma szczególnie przydatną cechę. Atom miedzi ma 29 elektronów.

Dwadzieścia osiem z nich jest ściśle związanych z atomem, ale jeden może się swobodnie poruszać. Ten wolny elektron podskakuje i może zamieniać się miejscem z innymi wolnymi elektronami, krążącymi dookoła innych atomów miedzi w drucie. To te wolne elektrony sprawiają, że miedź może przewodzić prąd elektryczny. Elektrony mogą poruszać się swobodnie we wszystkich przewodnikach. Okej, to były przewodniki.

Teraz zamieńmy miedziany przewodnik na kawałek plastiku. Większość rodzai plastiku nie ma, albo prawie nie ma wolnych elektronów. Cząsteczki plastiku trzymają ściśle wszystkie swoje elektrony. Bez względu na to, jak bardzo elektrony chcą się poruszać, nic się nie dzieje. Plastiki są izolatorami, ponieważ elektrony w plastikach nie są wolne i nie mogą się przemieszczać.

Większość metali ma wolne elektrony i dlatego są dobrymi przewodnikami, np. srebro, miedź, złoto, aluminium, żelazo. Plastiki, szkło i ceramika są dobrymi izolatorami i prawie wcale nie przewodzą prądu. A to sprawia, że zrobiony z nich kabel można bezpiecznie trzymać, nawet kiedy wewnątrz płynie prąd. Nie, nie przecinaj tego.

Tak, sznur światełek jest trochę za długi, ale jeśli przetniesz go obcęgami, przetniesz też plastikowy izolator. A obcęgi, które są zrobione z metalu, będą miały kontakt z miedzianym przewodem. Więc jak myślisz, którędy przepłynie prąd elektryczny? Tak, jeśli będziesz miał pecha, przepłynie dokładnie przez ciebie. Tak, tak jest dużo lepiej.