Wat zou de beste isolator zijn: diamant, goud, lood of beton?

Diamanten, goud, lood en beton hebben zeer verschillende elektrische eigenschappen, waaronder hun vermogen om elektriciteit te geleiden. Twee van deze stoffen zijn elektrische geleiders en twee zijn isolatoren. Goud en lood, zijnde metalen, zijn slechte isolatoren. Diamanten en beton zijn niet-metalen en hebben goede isolerende eigenschappen, maar diamant zou de betere isolator zijn vanwege zijn sterke weerstand.

Een standaard elektrische draad bestaat uit een metalen geleider omgeven door een isolerende plastic mantel; de geleider voert elektrische stroom waar het heen moet, en de isolator voorkomt veilig dat elektriciteit naar andere draden of geleidende materialen dwaalt. Geleiders voeren elektrische stroom met een zeer lage weerstand. Isolatoren zijn daarentegen sterk bestand tegen stroom, waardoor de stroom van elektriciteit effectief wordt geblokkeerd. Geleiding is afhankelijk van de elektronen die om de atomen in een stof draaien. In goede geleiders kunnen de elektronen vrij bewegen, waardoor een stroom gemakkelijk kan vloeien. In een isolator zijn elektronen beperkter, dus elektrische stroom beweegt slecht.

Hoe beter de isolator, hoe hoger de weerstand. Wetenschappers meten isolatiematerialen in termen van soortelijke weerstand - de weerstand in ohm vermenigvuldigd met de afstand die het moet afleggen - en gebruiken eenheden zoals ohm maal meter. De soortelijke weerstand van glas, een isolator, is bijvoorbeeld meer dan 1 miljard ohm-meter, terwijl aluminium, een geleider, 26 miljardste van een ohm-meter meet.

Een van de hardste materialen die bekend is, diamant is ook een uitstekende elektrische isolator. In diamanten worden koolstofatomen - een niet-metaal - stevig vastgehouden in een driedimensionale kristalformatie. De soortelijke weerstand is ongeveer 100 quadriljoen ohm-meter, of 1 gevolgd door 16 nullen.

Beton is een mengsel van mineralen, waaronder zand, steenslag en grind. Portlandcement bindt de mix samen om een ​​stijve vaste stof te vormen. De weerstand is afhankelijk van de exacte formulering en varieert van 50 tot 1.000 ohm-meter. Hoewel beton elektriciteit slecht geleidt in vergelijking met metalen, is het een betere geleider dan glas en andere materialen. Een mengsel van beton met een lage soortelijke weerstand draagt ​​bij aan corrosie in staalconstructies die eraan zijn ingebed of eraan bevestigd.

Hoewel loodverbindingen goede isolatoren kunnen zijn, is puur lood een metaal dat elektriciteit geleidt, waardoor het een slechte isolator is. De soortelijke weerstand van lood is 22 miljardste van een ohm-meter. Het wordt gebruikt in elektrische contacten omdat het, omdat het een relatief zacht metaal is, gemakkelijk vervormt wanneer het wordt vastgedraaid en een solide verbinding maakt. De connectoren voor auto-accu's zijn bijvoorbeeld typisch gemaakt van lood. De startmotor van een auto trekt kortstondig meer dan 100 ampère, wat een stevige verbinding met de accu vereist.

Goud is een slechte isolator en een goede geleider, met een soortelijke weerstand van 22,4 miljardste van een ohm-meter. Net als lood wordt goud veel gebruikt om elektronische contacten te leggen. In tegenstelling tot veel andere metalen is het zeer chemisch stabiel en bestand tegen de corrosie die andere soorten elektrische connectoren aantast.