Welcher wäre der beste Isolator: Diamant, Gold, Blei oder Beton?

Diamanten, Gold, Blei und Beton haben sehr unterschiedliche elektrische Eigenschaften, einschließlich ihrer Fähigkeit, Elektrizität zu leiten. Zwei dieser Stoffe sind elektrische Leiter und zwei sind Isolatoren. Gold und Blei sind als Metalle schlechte Isolatoren. Diamanten und Beton sind nichtmetallisch und haben gute Isoliereigenschaften, aber Diamant wäre aufgrund seines hohen spezifischen Widerstands der bessere Isolator.

Ein normaler elektrischer Draht besteht aus einem Metallleiter, der von einem isolierenden Kunststoffmantel umgeben ist; Der Leiter führt den elektrischen Strom dorthin, wo er hin soll, und der Isolator verhindert sicher, dass Strom zu anderen Drähten oder leitfähigen Materialien wandert. Leiter führen elektrischen Strom mit sehr geringem Widerstand. Isolatoren hingegen widerstehen dem Strom stark und blockieren effektiv den Stromfluss. Die Leitfähigkeit hängt von den Elektronen ab, die die Atome in einer Substanz umkreisen. In guten Leitern bewegen sich die Elektronen frei, sodass ein Strom leicht fließen kann. In einem Isolator sind Elektronen stärker eingeschränkt, sodass sich der elektrische Strom schlecht bewegt.

Je besser der Isolator, desto höher der Widerstand. Wissenschaftler messen Isoliermaterialien in Bezug auf den spezifischen Widerstand – den Widerstand in Ohm multipliziert mit der zurückzulegenden Strecke – und verwenden Einheiten wie Ohm mal Meter. Zum Beispiel beträgt der spezifische Widerstand von Glas, einem Isolator, über 1 Milliarde Ohm-Meter, während Aluminium, ein Leiter, 26 Milliardstel Ohm-Meter misst.

Als eines der härtesten bekannten Materialien ist Diamant auch ein hervorragender elektrischer Isolator. In Diamanten werden Kohlenstoffatome – ein Nichtmetall – fest in einer dreidimensionalen Kristallformation gehalten. Sein spezifischer Widerstand beträgt ungefähr 100 Billiarden Ohm-Meter oder 1 gefolgt von 16 Nullen.

Beton ist eine Mischung aus Mineralien, darunter Sand, Schotter und Kies. Portlandzement bindet die Mischung zusammen, um einen starren Feststoff zu bilden. Der spezifische Widerstand hängt von der genauen Formulierung ab und variiert von 50 bis 1.000 Ohm-Meter. Obwohl Beton im Vergleich zu Metallen Strom schlecht leitet, ist er ein besserer Leiter als Glas und andere Materialien. Eine Betonmischung mit geringem spezifischen Widerstand trägt zur Korrosion in eingebetteten oder daran befestigten Stahlkonstruktionen bei.

Obwohl Bleiverbindungen gute Isolatoren sein können, ist reines Blei ein Metall, das Elektrizität leitet, was es zu einem schlechten Isolator macht. Der spezifische Widerstand von Blei beträgt 22 Milliardstel Ohm-Meter. Es wird in elektrischen Kontakten verwendet, da es sich als relativ weiches Metall beim Anziehen leicht verformt und eine feste Verbindung herstellt. Beispielsweise bestehen die Stecker für Autobatterien typischerweise aus Blei. Der Anlasser eines Autos zieht kurzzeitig über 100 Ampere Strom, was eine robuste Verbindung zur Batterie erfordert.

Gold ist ein schlechter Isolator und ein guter Leiter mit einem spezifischen Widerstand von 22,4 Milliardstel Ohm-Meter. Wie Blei wird Gold häufig zur Herstellung elektronischer Kontakte verwendet. Im Gegensatz zu vielen anderen Metallen ist es chemisch sehr stabil und widersteht der Korrosion, die andere Arten von elektrischen Steckverbindern abbaut.