ตัวนำและฉนวน

ไฟฟ้า เป็นสิ่งที่มีประโยชน์มากและใช้ กับหลายอย่างมากมาย เวลาที่มันวิ่งผ่านเคเบิลของไฟประดับนี้ มันจะเดินทางไปยังหลอดไฟและทำให้ไฟติด ไม่เป็นไรนะฟิลลิป ไฟฟ้าไม่ทำอะไรเราหรอก ถึงแม้ว่า เราจะถือสายไฟอยู่ก็ตาม จริงอยู่ ที่ไฟฟ้าอาจเป็นอันตรายได้ แต่ดูที่สายไฟสิ เรากำลังจับพลาสติกที่หุ้มอยู่ สายไฟจริงๆที่ทำจากโลหะทองแดงหน่ะ อยู่ข้างใน โลหะเหล่านี้เอง ที่ไฟฟ้าวิ่งผ่าน ประจุไฟฟ้าชอบวัสดุอย่างทองแดงมาก เพราะว่ามันสามารถวิ่งผ่านไปอย่างรวดเร็ว และง่ายดาย ทองแดงนำ ไฟฟ้า มันเป็นตัวนำไฟฟ้า (conductor) พลาสติกนั้น แตกต่างจากทองแดง ไฟฟ้าไม่สามารถผ่านมันไปได้ มันป้องกันเราจากไฟฟ้า ทำให้เราไม่โดน ไฟดูด พลาสติกเป็นฉนวนที่ดี (insulator) อะไรคือ สิ่งที่ทำให้ทองแดงเป็นตัวนำไฟฟ้า และทำให้พลาสติกเป็นฉนวนกันนะ? มาดูย้อนหลังกันหน่อยนะ ไฟฟ้าเป็นเรื่องของประจุ และประจุอาจเป็น บวกหรือลบก็ได้ อนุภาคประจุไฟฟ้า อยากอยู่ในภาวะสมดุลย์ อยู่ตลอดเวลา จึงมีประจุบวกเท่ากับประจุลบเสมอ ในทุกๆที่ และเวลาที่มันไม่สมดุลย์ มันก็จะทำ ทุกอย่างเพื่อให้กลับมาสมดุลย์อีกครั้ง แรงดึงดูดระหว่างประจุบวกและลบ คือแรงไฟฟ้าสถิต ที่จะดึงอนุภาคประจุไฟฟ้า อิเล็กตรอนคือ อนุภาคประจุไฟฟ้าที่ เป็นลบ และเมื่อเราพูดถึงไฟฟ้า อิเล็กตรอน ก็คือสิ่งที่มีประจุเล็กๆทีเรากำลังพูด พูดถึงนี่เอง พื้นที่ทางซ้าย มีประจุลบอยู่ มันมีอิเล็กตรอนมากเกินไป ส่วนทางขวา ก็ขาดแคลนอิเล็กตรอน มีแค่โปรตอนซึ่งเป็นประจุบวก เป็นส่วนใหญ่ อิเล็กตรอนดึงดูดโปรตอน แต่โปรตอนติดอยู่ในอะตอม ไม่สามารถขยับ ไปไหนได้ ในทางกลับกัน อิเล็กตรอนรู้ว่ามี โปรตอนอยู่ และพยายามเดินทางไปหามัน อิเล็กตรอนนั้นไม่ได้ติดแน่นอยู่ในอะตอม มันจึงขยับได้ แต่ว่าก็ขยับไม่ได้ไกลเนื่องจากมีอากาศ บางๆขวางทางอยู่ มันไกลเกินกว่าจะกระโดดข้ามไปได้ ดังนั้น เราจึงช่วยมันด้วยการเชื่อมสายไฟ ซึ่งเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ทำจากทองแดงเข้าไป ธาตุทองแดง มีประโยชน์มากมาย อะตอมของทองแดงมีอิเล็กตรอน 29 ตัว 28 ตัวติดแน่นอยู่กับอะตอม ส่วนอีกตัวสามารถขยับไปมาได้ อิเล็กตรอนตัวนี้กระโดดไปแทนที่ อิเล็กตรอนตัวอื่นๆ ในอะตอมทองแดงที่อยู่ในสายไฟ อิเล็กตรอนที่ขยับได้เหล่านี้ เป็นสิ่งที่ ทำให้ทองแดงนำกระแสไฟฟ้าได้ ตัวนำไฟฟ้าทุกตัวมีอิเล็กตรอนที่ ขยับได้อยู่ โอเค ที่พูดมาทั้งหมดคือ ตัวนำไฟฟ้า ตอนนี้ มาดูเส้นพลาสติกกันเถอะ พลาสติกส่วนใหญ่มีอิเล็กตรอนที่ขยับได้ น้อยมากหรือไม่มีเลย โมเลกุลของพลาสติกยึดอิเล็กตรอนไว้ แน่น ดังนั้น ไม่ว่าอิเล็กตรอนจะอยากวิ่งออกไป มากแค่ไหน มันก็ไม่สามารถทำได้ พลาสติกเป็นฉนวน เพราะอิเล็กตรอน ในพลาสติกไม่สามารถขยับไปไหนได้ โลหะส่วนใหญ่มีอิเล็กตรอนที่ขยับได้ จึง เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี เช่น เงิน ทองแดง ทอง อะลูมิเนียม และ เหล็กเป็นต้น กลับกัน พลาสติก แก้ว และ เซรามิค เป็นฉวนที่ดี พวกมันแทบจะไม่นำไฟฟ้าเลย นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไม การจับสายเคเบิล ที่มีพลาสติกหุ้มถึงปลอดภัย ถึงแม้จะมีกระแสไฟฟ้าวิ่งอยู่ด้านใน ก็ตาม ไม่นะ อย่าตัด! สายไฟยาวไปก็จริง แต่ถ้าเราใช้คีมตัดมัน เราจะตัดผ่านชั้นพลาสติกที่เป็นฉนวน และคีม ซึ่งทำจากโลหะ ก็จะโดนกับสายทองแดง แล้วกระแสไฟฟ้าจะไปที่ไหนต่อล่ะ? ใช่ มันอาจจะวิ่งเข้าไปในตัวเธอเลยฟิลลิป อื้ม แบบนี้ดีกว่าเยอะเลย