Die Eigenschaften von Isolatoren

Ein Isolator ist ein Material, das Strom oder Wärme schlecht leitet. Einige übliche Isolatoren sind Holz, Kunststoff, Glas, Porzellan und Styropor; Styropor und Kunststoff finden breite Anwendung in Haushaltsanwendungen. Böden, Dächer und Keller werden oft mit Urethanschaum isoliert, da dies die Heizkosten senkt, indem die Wärme in Häusern gehalten wird. Eine Reihe von Eigenschaften begrenzen die Fähigkeit eines Isolators, Wärme und Elektrizität zu leiten.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Isolatoren sind schlechte Leiter von Wärme und Elektrizität aufgrund der engen Bindung von Elektronen in ihren Atomen und Molekülen. Beispiele sind Luft, Gummi, Teflon, Styropor, Stoff und Glasfaser.

Die Fähigkeit, den Durchgang von elektrischem Strom zu verhindern, wird als elektrischer Widerstand bezeichnet; Diese Eigenschaft wird in Ohm gemessen. Wenn 1 Volt einen Strom von 1 Ampere in einem Objekt erzeugt, beträgt der Widerstand 1 Ohm. Ein Ohm ist eine sehr kleine Widerstandseinheit; ein Leiter kann einen Widerstand von ein oder zwei Ohm haben, während Isolatoren Ohm-Messwerte in Milliardenhöhe haben. Alle Materialien außer Supraleitern haben einen gewissen Widerstand; Leiter haben einen niedrigen Widerstand, während Isolatoren einen hohen Widerstand haben.

Alle Isolatoren leiten Wärme und Elektrizität, wenn sie extrem hohen Spannungen ausgesetzt werden. Bei sehr hohen Spannungen verliert die Zusammensetzung des Materials ihre Isolierfähigkeit; die Spannung, bei der diese Änderung auftritt, wird als Durchbruchspannung, auch als Durchschlagsfestigkeit bezeichnet, bezeichnet. Betrachten Sie als Beispiel Luft, normalerweise ein ausgezeichneter Isolator. Blitze durchdringen die Luft, weil ihre sehr hohe Spannung die Isolationsfähigkeit der Luft überfordert oder zerstört. Unterschiedliche Isolatoren haben unterschiedliche Durchbruchspannungen und werden für unterschiedliche Zwecke verwendet. Kunststoff kann beispielsweise in Haushalten mit geringer Spannung als Isolator verwendet werden, aber nicht für industrielle Zwecke. Keramik ist für solche Anwendungen einer der besten Isolatoren, da sie eine sehr hohe Durchbruchspannung aufweist.

In Isolatoren werden die Valenzelektronen (äußeren) eng zusammengehalten. Wenn die Elektronenbewegung eingeschränkt ist, kann kein Strom fließen, was Stoffe mit dieser Eigenschaft – zum Beispiel Nichtmetalle wie Glas, Holz und Kunststoff – zu hervorragenden Isolatoren macht. Dies behindert auch den Wärmefluss. Der Grund, warum die meisten Flüssigkeiten und wässrigen Lösungen keine guten elektrischen Isolatoren sind, ist, dass sie Ionen enthalten, die den elektrischen Strom fließen lassen; Gleiches gilt für nasses Plastik und Holz.

Luftdurchlässigkeit, die Fähigkeit eines Materials, Luft durch seine Poren strömen zu lassen, ist eine notwendige Eigenschaft für einige Wärme- oder Wärmeisolatoren. Gute Isolatoren haben eine hohe Luftdurchlässigkeit, da Luft selbst ein guter Isolator ist. Beispiele hierfür sind Stoff, wie ein Ofenhandschuh, und Glasfaser, die bei der Wärmedämmung zu Hause verwendet wird.