Który byłby najlepszym izolatorem: diament, złoto, ołów czy beton?

Diamenty, złoto, ołów i beton mają bardzo różne właściwości elektryczne, w tym zdolność przewodzenia prądu. Dwie z tych substancji to przewodniki elektryczne, a dwie to izolatory. Złoto i ołów, będące metalami, są słabymi izolatorami. Diamenty i beton są niemetaliczne i mają dobre właściwości izolacyjne, ale diament byłby lepszym izolatorem ze względu na swoją silną oporność.

Standardowy przewód elektryczny składa się z metalowego przewodnika otoczonego izolacyjną osłoną z tworzywa sztucznego; przewodnik prowadzi prąd elektryczny tam, gdzie musi iść, a izolator bezpiecznie zapobiega przemieszczaniu się prądu do innych przewodów lub materiałów przewodzących. Przewodniki przewodzą prąd elektryczny o bardzo niskiej rezystancji. Z drugiej strony izolatory silnie opierają się prądowi, skutecznie blokując przepływ energii elektrycznej. Przewodzenie zależy od elektronów krążących wokół atomów substancji. W dobrych przewodnikach elektrony poruszają się swobodnie, ułatwiając przepływ prądu. W izolatorze elektrony są bardziej ograniczone, więc prąd elektryczny porusza się słabo.

Im lepszy izolator, tym wyższa rezystancja. Naukowcy mierzą materiały izolacyjne pod względem rezystywności – rezystancji w omach pomnożonej przez odległość, jaką musi pokonać – i używają jednostek takich jak omy razy metry. Na przykład rezystywność szkła jako izolatora wynosi ponad 1 miliard omów, podczas gdy aluminium jako przewodnik mierzy 26 miliardowych części omomierza.

Jeden z najtwardszych znanych materiałów, diament jest również doskonałym izolatorem elektrycznym. W diamentach atomy węgla – niemetalu – są ściśle utrzymywane w trójwymiarowej formacji kryształów. Jego rezystywność wynosi około 100 biliardów omomierzy, czyli 1 i 16 zer.

Beton to mieszanka minerałów, w tym piasku, tłucznia i żwiru. Cement portlandzki wiąże mieszankę, tworząc sztywną bryłę. Rezystywność zależy od dokładnej receptury i waha się od 50 do 1000 omomierzy. Chociaż beton słabo przewodzi prąd w porównaniu z metalami, jest lepszym przewodnikiem niż szkło i inne materiały. Mieszanka betonu o niskiej rezystywności przyczynia się do korozji w osadzonych lub przymocowanych do niej konstrukcjach stalowych.

Chociaż związki ołowiu mogą być dobrymi izolatorami, czysty ołów jest metalem przewodzącym prąd, co czyni go słabym izolatorem. Rezystywność ołowiu wynosi 22 miliardowe części omomierza. Znajduje zastosowanie w stykach elektrycznych, ponieważ będąc stosunkowo miękkim metalem, łatwo się odkształca po dokręceniu i tworzy solidne połączenie. Na przykład złącza do akumulatorów samochodowych są zwykle wykonane z ołowiu. Rozrusznik samochodu przez chwilę pobiera prąd o natężeniu ponad 100 amperów, co wymaga solidnego połączenia z akumulatorem.

Złoto jest słabym izolatorem i dobrym przewodnikiem, ma rezystywność 22,4 miliardowych omomierza. Podobnie jak w przypadku ołowiu, złoto jest powszechnie używane do wykonywania styków elektronicznych. W przeciwieństwie do wielu innych metali jest bardzo stabilny chemicznie i odporny na korozję, która degraduje inne typy złączy elektrycznych.