science >> Wetenschap >  >> Fysica

De eigenschappen van isolatoren

Een isolator is een materiaal dat een slechte geleider van elektriciteit of warmte is. Enkele veel voorkomende isolatoren zijn hout, plastic, glas, porselein en piepschuim; Piepschuim en kunststof worden veel gebruikt in huishoudelijke toepassingen. Vloeren, daken en kelders krijgen vaak urethaanschuimisolatie, omdat het de verwarmingskosten verlaagt door warmte in huizen vast te houden. Een aantal eigenschappen beperkt het vermogen van een isolator om warmte en elektriciteit te geleiden.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Isolatoren zijn slechte geleiders van warmte en elektriciteit, vanwege binding van elektronen in hun atomen en moleculen. Voorbeelden zijn lucht, rubber, teflon, piepschuim, doek en glasvezel.
Hoge weerstand

Het vermogen om elektrische stroom te belemmeren door te gaan, staat bekend als elektrische weerstand; deze eigenschap wordt gemeten in eenheden die ohm worden genoemd. Wanneer 1 volt 1 ampère stroom in een object produceert, is de weerstand 1 ohm. Een ohm is een heel kleine weerstandseenheid; een geleider kan een weerstand van een ohm of twee hebben, terwijl isolatoren ohm-metingen in de miljarden hebben. Alle materialen behalve supergeleiders hebben enige weerstand; geleiders hebben een lage weerstand, terwijl isolatoren een hoge weerstand hebben.
Doorslagspanning

Alle isolatoren geleiden warmte en elektriciteit als ze worden blootgesteld aan extreem hoge spanningen. Bij zeer hoge spanningen verliest de samenstelling van het materiaal zijn isolerende eigenschappen; de spanning waarbij deze verandering optreedt, wordt de doorslagspanning genoemd, ook bekend als diëlektrische sterkte. Overweeg bijvoorbeeld lucht, normaal gesproken een uitstekende isolator. Bliksem gaat door lucht omdat de zeer hoge spanning het vermogen van lucht om te isoleren overweldigt of afbreekt. Verschillende isolatoren hebben verschillende doorslagspanningen en worden voor verschillende doeleinden gebruikt. Plastic kan bijvoorbeeld worden gebruikt als een isolator in huishoudens waar de spanning niet erg hoog is, maar het kan niet worden gebruikt voor industriële doeleinden. Keramiek is een van de beste isolatoren in dergelijke toepassingen, omdat het een zeer hoge doorslagspanning heeft.
Atoomstructuur van isolatoren

In isolatoren worden de valentie (buitenste) elektronen stevig bij elkaar gehouden. Wanneer de beweging van elektronen wordt beperkt, kan er geen stroom vloeien, waardoor stoffen met deze eigenschap - bijvoorbeeld niet-metalen zoals glas, hout en kunststof - uitstekende isolatoren zijn. Dit belemmert ook de warmtestroom. De reden dat de meeste vloeistoffen en waterige oplossingen geen goede elektrische isolatoren zijn, is dat ze ionen bevatten waardoor elektrische stroom kan stromen; hetzelfde geldt voor nat plastic en hout.
Luchtdoorlatendheid

Luchtdoorlatendheid, het vermogen van een materiaal om lucht door zijn poriën te laten stromen, is een noodzakelijke eigenschap voor sommige warmte- of thermische isolatoren. Goede isolatoren hebben een hoge luchtdoorlatendheid, omdat lucht zelf een goede isolator is. Voorbeelden hiervan zijn stof, zoals een ovenwant, en de glasvezel die wordt gebruikt voor de isolatie van huiswarmte.