Geleiders en isolatoren

Zoals je waarschijnlijk wel weet zijn er materialen die elektrische stroom geleiden en materialen die geen elektrische stroom geleiden. Een voorbeeld van een geleidend materiaal is metaal en b.v. koolstof, daarom noemen we ze geleiders. Een voorbeeld van niet geleidende materialen zijn hout en b.v. een stukje touw, en worden niet-geleidend oftewel isolatoren genoemd. In geleiders kunnen elektronen zich vrijelijk voortbewegen, in isolatoren daarentegen niet. Dit vindt zijn oorzaak in de bouwstenen van die stoffen, de atomen. Atomen zijn weliswaar niet zichtbaar maar wetenschappelijk onderzoek heeft over atomen een model ontwikkeld. In de natuur verschillen alle stoffen alleen maar van elkaar door de samenstelling van hun atoomkernen en de daarbij behorende elektronen. Het eenvoudigste atoom is van waterstof. Het bestaat uit een proton als kern en een elektron dat in een vaste baanrond die kerndraait, net zoals de maan rond de aarde. Deze banen noemt men schillen.

Waterstofatoom:

 

Het proton is elektrisch positief geladen en het elektron negatief. Waterstofatoom: Als een atoom meer dan twee elektronen heeft, bewegen die zich niet allemaal op een baan (schil) rond de kern, maar op twee of meer. Een koperatoom heeft b.v. 29 elektronen die rond de kern cirkelen. Deze elektronen zijn dusdanig over vier schillen verdeeld dat op de buitenste schil slechts een elektron draait.

Koperatoom:

Het enkele elektron dat over de buitenste schil cirkelt kan onder bepaalde voorwaarden uit zijn verband worden losgemaakt en van atoom naar atoom gaan “zwerven”. Zo’n kleine zwerver noemen we ook wel een vrije elektron. Daar een stukje koperdraad uit miljarden atomen bestaat zijn er dus ook miljarden vrije elektronen. Die elektronen bewegen zich echter zeer wanordelijk en kunnen zich door de koperdraad voortbewegen als er spanning op staat. De uit de stroombron vloeiende elektronen schuiven de vrije elektronen door de draad voor zich uit en bewegen zich dan zelf door de draad voort. Elektrische stroom bestaat dus uit elektronen die de kringloop van min- naar pluspool van een stroombron doorlopen. Dit verschijnsel zien we alleen bij metalen en bij koolstof, daarom geleiden deze stoffen ook elektrische stroom. Alle andere stoffen niet: zij bieden een bijna onoverkomelijke weerstand tegen stroom. Als men ze aansluit op een spanningsbron vloeit er geen stroom. Terwijl bij isolators de weerstand zo hoog is dat er geen stroom kan vloeien hebben elektronen ook bij geleiders te maken met een weerstand die wordt veroorzaakt door wrijving bij de doorstroming van elektronen. We noemen dit elektrische weerstand. Echter niet alleen elektrische leidingen hebben een weerstand, ook bij elektronische schakelingen is het vaak nodig de elektronenstroom kunstmatig te beteugelen. Voor dat doel heeft men van een bepaald materiaal onderdelen ontwikkeld die weerstanden worden genoemd. Een van de belangrijkste onderdelen (componenten) in de elektronica.