بررسی فیزیکی عایق‌های الکتریکی – علیرضا محمودی فرد

به گزارش کلام ماندگار، عایق‌های الکتریکی، عناصر یا اجسامی هستند که لایه آخر (لایه والانس) آن‌ها بین پنج تا هشت الکترون داشته و بارهای الکتریکی آن نمی‌توانند آزادانه حرکت کنند؛ هر چه تعداد الکترون‌های لایه آخر زیادتر باشد (از عدد یک دورتر و به عدد هشت نزدیک‌تر باشد)، آن عنصر، عایق بهتری است؛ لایه آخر اتم می‌تواند بین یک تا هشت الکترون داشته باشد؛ یعنی هر چه عناصر در لایه آخر خود، به هشت الکترون نزدیک‌تر باشند، عایق مناسب‌تری هستند؛ پس بهترین عایق‌های طبیعی، عناصر دارای هشت الکترون در لایه والانس هستند؛ در درجه‌ی بعدی، عناصر با هفت الکترون قرار گرفته و به همین ترتیب الی آخر.

عایق‌های الکتریکی، در صنعت برق کاربردهای زیادی دارند و هر جا نیاز باشد که امکان عبور الکترون و در واقع جریان الکتریکی نباشد، از آن‌ها استفاده می‌شود؛ این عناصر در لایه آخر خود، بیش از چهار الکترون دارند، که هسته اتم، الکترون‌ها را سخت به طرف خود می‌کشد و اجازه جدا شدنِ آن‌ها را نمی‌دهد؛ در واقع، عناصری که در لایه آخر خود، کمتر از چهار الکترون دارند نیز موانعی برای عبور جریان الکتریکی ایجاد می‌کنند، منتها این مانع شدن و مقاومت، آن‌قدر نیست که آن‌ها را در دسته‌ی عایق‌های الکتریکی قرار دهند؛ لذا اصطلاح عایق‌ها را برای عناصری استفاده می‌کنند که لایه ظرفیت آن‌ها، بیش از پنج الکترون (پنج تا هشت) داشته باشد.

لذا تعدادی از بهترین عایق‌های الکتریکی، گازهای بی‌اثر یا گازهای نجیب (مانند نئون، آرگون، کریپتون و …) هستند؛ موادی همچون چوب، پلاستیک، سرامیک و … در صنعت، استفاده زیادی دارند. عایق‌ها موادی هستند که انرژی الکتریکی از آن‌ها عبور نمی‌کند؛ این مواد، برای انتقال سیگنال یا انرژی الکتریکی، مناسب نیستند و اتفاق برعکس، برای مقاومت و عدم انتقال سیگنال‌های الکتریکی، به‌کار می‌روند؛ به این دلیل است که وقتی به یک شی پلاستیکی انرژی الکتریکی اعمال شود، به‌دلیل عدم جابه‌جایی الکترون‌ها، انرژی الکتریکی درون آن حرکت نمی‌کند و در واقع، هدایت الکتریکی صورت نمی‌گیرد.

در عایق‌ها، شکاف انرژی آن‌قدر بزرگ است که با دادن انرژی به عنصر، الکترون‌های باند ظرفیت نمی‌توانند به باند هدایت بروند، در نتیجه، هدایت الکتریکی نخواهیم داشت.

عایق الکتریکی ایده‌آل وجود ندارد؛ یعنی هیچ عنصر یا ماده‌ای وجود ندارد که مقاومت الکتریکی آن، بی‌نهایت باشد. حتی بهترین عایق‌ها هم در صورت اِعمال انرژی بسیار زیاد به الکترون‌هایشان، امکان هادی کردن آن‌ها وجود دارد، ولی این انرژی باید تا حد مشخصی زیاد باشد؛ یکی از راه‌های رساندن این انرژی، اِعمال ولتاژ (اختلاف پتانسیل الکتریکی) بسیار بالاست.

به قلم: علیرضا محمودی‌فرد – مدرس آزمایشگاه مدارهای الکتریکی و مشاور بازاریابی صادراتی در کشورها، در مرکز مشاوره کسب و کار و خدمات کارآفرینی و اشتغال پرتو مدیران خلیج فارس