Materija Atoma

Provodnici i izolatori

Način na koji se atomi povezuju utječe na električna svojstva materijala koji tvore. Na primjer, u materijalima koje drži metalna veza elektroni lagano lebde između iona metala. Ti će se elektroni moći slobodno kretati ako se primijeni električna sila. Na primjer, ako je bakrena žica pričvršćena preko polova baterije, elektroni će teći unutar žice. Tako teče električna struja, a za bakar se kaže da je provodnik.

Mada, protok elektrona unutar vodiča nije baš tako jednostavan. Slobodni elektron će se ubrzati neko vrijeme, ali potom će se sudariti s ionom. U procesu sudara, dio energije koju elektron stekne prenijet će se u ion. Kao rezultat, ion će se kretati brže, a promatrač će primijetiti porast temperature žice. To pretvaranje električne energije iz gibanja elektrona u toplinsku energiju naziva se električnim otporom. U materijalu visokog otpora, žica se brzo zagrijava kako struja struje. U materijalu niskog otpora, poput bakrene žice, najveći dio energije ostaje s pokretnim elektronima, tako da je materijal dobar u premještanju električne energije iz jedne točke u drugu. Njegovo izvrsno vodljivo svojstvo, zajedno s relativno niskom cijenom, je razlog zašto se bakar najčešće koristi u električnom ožičenju.

Točno suprotna situacija dobiva se u materijalima, poput plastike i keramike, u kojima su svi elektroni zaključani u ionske ili kovalentne veze. Kad se ove vrste materijala postave između stupova baterije, struja ne teče - jednostavno nema elektrona slobodnih za kretanje. Takvi se materijali nazivaju izolatori.

Magnetska svojstva

Magnetska svojstva materijala povezana su i s ponašanjem elektrona u atomima. Elektroni u orbiti mogu se zamisliti kao minijaturna petlja električne struje. Prema zakonima elektromagnetizma, takva će petlja stvoriti magnetsko polje. Svaki elektron u orbiti oko jezgre proizvodi svoje magnetsko polje, a zbroj tih polja, zajedno s unutarnjim poljima elektrona i nukleusa, određuje magnetsko polje atoma. Ako se sva ova polja ne ponište, atom se može smatrati sitnim magnetom.

U većini materijala ti atomski magneti upućuju u nasumičnim smjerovima, tako da sam materijal nije magnetski. U nekim se slučajevima, na primjer, kad se slučajno orijentirani atomski magneti postave u jako vanjsko magnetsko polje - usmjeravaju, jačajući vanjsko polje u procesu. Ovaj fenomen poznat je kao paramagnetizam. U nekoliko metala, poput željeza, interatomske sile su takve da se atomski magneti postavljaju iznad područja s nekoliko tisuća atoma. Ove regije nazivaju se domene. Kod normalnog željeza domene su orijentirane nasumično, tako da materijal nije magnetski. Međutim, ako se željezo stavi u snažno magnetsko polje, domene će se uskladiti i one će ostati postrojene čak i nakon uklanjanja vanjskog polja. Kao rezultat toga, komad željeza dobit će snažno magnetsko polje. Ovaj fenomen poznat je kao feromagnetizam. Stalni magneti napravljeni su na ovaj način.