電気に使用される主な材料(電気材料)  top map

1.電気伝導による分類
 電気伝導による分類は一般にグラファイト(1mm2の断面積で1mの導体の抵抗が1Ω)までが伝導体で、それより電気抵抗が大きいと半導体、もっと大きいと不導体(絶縁体)に分けています。

1.1伝導体(導体)
 伝導体(導体どうたい conductor)は電気を通しやすい材料、すなわち電気抵抗が低い材料です。
 良導体、単に導体とも呼び、電線に利用されるなど、電気製品に無くてはならない基本的な電気材料です。
 一般に、金属が電気を通し易い材料です。金属は金属結合と呼ばれる結合をしていて、電気を運ぶ自由電子があり、それが移動し易い材料です。

1.2半導体
 半導体はんどうたい Semiconductor)とは、電気を通す導体や電気を通さない不導体(絶縁体)に対して、それらの中間的な性質を示す物質です。
 周囲の電界や温度によって電気をどの程度通すかが敏感に変化する性質をもち、特に微小な不純物を添加したものを組み合わせて作ったトランジスタ(transistor)は小さな電気信号を大きくする増幅作用があります。この半導体素子の性質をうまく利用したトランジスタを小さなシリコン基板上に多数作りこんだものを集積回路しゅうせきかいろ IC, Integrated Circuit)といい、計算機をはじめ、通信機器家電製品の中に組み込まれ、今日の情報社会を支える最も重要な部品です。

1.3不導体(絶縁体)
 不導体は一般に絶縁体(ぜつえんたいInsulator)とよび、共有結合
性やイオン結合性の強い物質は、絶縁体であることが多いのです。

2.誘電率による分類による分類
 誘電体ゆうでんたい dielectrics)とは、高い誘電率(電荷を蓄える能力)を有する物質で、電気的には絶縁体としてふるまい、プラスティック、セラミック、マイカ(雲母)、油、不純物の全く入っていない純粋な水(純水)も誘電体です。
 絶縁体に電界が加わると、本来中性である原子の正電荷(原子核の陽子)の中心と負電荷(電子の軌道)の中心がズレて双極子(正負の電荷近接して存在する)となり、電気的エネルギーが蓄えられる状態になります。
 誘電体は電気回路部品の一つで、電界エネルギーを蓄えるコンデンサ(condenser)の電極間に挿入する材料などに用いられています。
また、高い誘電率を有することは光学材料として極めて重要で、光通信に利用される光ファイバー等に用いられています。

3.磁性じせい magnetism)による分類
 
磁界中に物質を置いた時、磁界の方向に対して引き込まれたり反発したりするようなものを磁性体、そうでないものを非磁性体といっています。
 磁性体には、磁界の方向に引き込まれる常磁性体,その性質が特に強いものを強磁性体,磁界の方向に反発する反強磁性体等があります。

代表的な磁性元素はFe, Ni, Co, ( 希土類元素)
 磁性体(じせいたい (磁性材料Magnetic Materials))には酸化鉄・酸化クロム・コバルト・フェライトなどがあり、固体状態のものは磁石として、変圧器(
ファラディの誘導リング)、電動機や発電機の鉄心として使用されます。
 粉体化した磁性粉をテープ上に塗布したものが、音声や画像信号の磁気記録に用いられています。

4.超伝導材料
 超伝導 (ちょうでんどう Superconductivity) は、低温である種の物質に生じる現象で、電気抵抗がゼロとなり、磁界を完全に排除(マイスナー効果)する現象のことです。
 超伝導現象が生じる物質をもつ材料のことを超伝導体 (Superconductor) といい、超伝導状態で流れる電流のことを超伝導電流といいます。
 1911年、カメリン・オンネス(H. K. Onnes、オランダ)によって、水銀の冷却実験中に初めて発見され、この発見以降、多くの超伝導を示す元素、物質が発見されてきました。しかし、通常の温度、や経済的に実現できる温度での超伝導現象は実現されておらず、その可能性が模索されていますが、すでに実験段階にある超伝導磁石による磁気浮上を利用した超特急電車等があります。
 超電導性を示す材料はその特性が実用水準にある材料にはNb-Ti合金 , Nb3Sn などがあります。

 

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