ซึ่งจะเป็นฉนวนที่ดีที่สุด: เพชร ทอง ตะกั่ว หรือคอนกรีต?

เพชร ทอง ตะกั่ว และคอนกรีตมีลักษณะทางไฟฟ้าที่แตกต่างกันมาก รวมถึงความสามารถในการนำไฟฟ้า สารสองชนิดนี้เป็นตัวนำไฟฟ้าและอีกสองชนิดเป็นฉนวน ทองคำและตะกั่วเป็นโลหะทำให้เกิดฉนวนที่ไม่ดี เพชรและคอนกรีตเป็นอโลหะและมีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ดี แต่เพชรจะทำให้เป็นฉนวนที่ดีกว่า เนื่องจากมีความต้านทานสูง

สายไฟมาตรฐานประกอบด้วยตัวนำโลหะที่ล้อมรอบด้วยปลอกหุ้มพลาสติกที่เป็นฉนวน ตัวนำนำกระแสไฟฟ้าไปในที่ที่ต้องการ และฉนวนป้องกันไฟฟ้าไม่ให้เดินไปที่สายไฟหรือวัสดุนำไฟฟ้าอื่นๆ ตัวนำมีกระแสไฟฟ้าที่มีความต้านทานต่ำมาก ในทางกลับกัน ลูกถ้วยไฟฟ้าจะต้านทานกระแสไฟได้สูง ซึ่งขัดขวางการไหลของกระแสไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ การนำขึ้นอยู่กับอิเล็กตรอนที่โคจรรอบอะตอมในสาร ในตัวนำที่ดี อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ทำให้กระแสไหลได้ง่าย ในฉนวนไฟฟ้า อิเล็กตรอนจะถูกจำกัดมากกว่า ดังนั้นกระแสไฟฟ้าจึงเคลื่อนที่ได้ไม่ดี

ยิ่งฉนวนดี ความต้านทานยิ่งสูง นักวิทยาศาสตร์วัดวัสดุฉนวนในแง่ของความต้านทาน - ความต้านทานเป็นโอห์มคูณด้วยระยะทางที่ต้องเดินทาง - และใช้หน่วยเช่นโอห์มคูณเมตร ตัวอย่างเช่น ความต้านทานของแก้วซึ่งเป็นฉนวนมีค่ามากกว่า 1 พันล้านโอห์ม-เมตร ในขณะที่อะลูมิเนียมซึ่งเป็นตัวนำไฟฟ้า วัดได้ 26 พันล้านในหนึ่งในสามของโอห์มเมตร

หนึ่งในวัสดุที่แข็งที่สุดที่รู้จัก เพชรยังเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมอีกด้วย ในเพชร อะตอมของคาร์บอน ซึ่งเป็นอโลหะ ถูกกักไว้อย่างแน่นหนาในรูปแบบผลึกสามมิติ ความต้านทานของมันคือประมาณ 100 พันล้านล้านโอห์ม-เมตร หรือ 1 ตามด้วยศูนย์ 16 ตัว

คอนกรีตเป็นส่วนผสมของแร่ธาตุ ได้แก่ ทราย หินบด และกรวด ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์จับส่วนผสมเข้าด้วยกันจนกลายเป็นของแข็ง ความต้านทานขึ้นอยู่กับสูตรที่แน่นอนและแตกต่างกันไปตั้งแต่ 50 ถึง 1,000 โอห์ม-เมตร แม้ว่าคอนกรีตจะนำไฟฟ้าได้ไม่ดีเมื่อเทียบกับโลหะ แต่ก็เป็นตัวนำไฟฟ้าได้ดีกว่าแก้วและวัสดุอื่นๆ ส่วนผสมของคอนกรีตที่มีความต้านทานต่ำทำให้เกิดการกัดกร่อนในโครงสร้างเหล็กที่ฝังหรือยึดติดกับคอนกรีต

แม้ว่าสารประกอบตะกั่วจะเป็นฉนวนที่ดี แต่ตะกั่วบริสุทธิ์ก็เป็นโลหะที่นำไฟฟ้า ทำให้เป็นฉนวนที่ไม่ดี ความต้านทานของตะกั่วอยู่ที่ 22 พันล้านในหนึ่งโอห์ม-เมตร เห็นใช้ในหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าเพราะเนื่องจากเป็นโลหะที่ค่อนข้างอ่อน ทำให้เปลี่ยนรูปได้ง่ายเมื่อขันให้แน่นและทำให้การต่อแน่นหนา ตัวอย่างเช่น ขั้วต่อสำหรับแบตเตอรี่รถยนต์มักทำจากตะกั่ว มอเตอร์สตาร์ทของรถยนต์ใช้กระแสไฟมากกว่า 100 แอมแปร์ในช่วงเวลาสั้นๆ ซึ่งต้องใช้การเชื่อมต่อที่แน่นหนากับแบตเตอรี่

ทองคำเป็นฉนวนที่ไม่ดีและเป็นตัวนำที่ดี โดยมีความต้านทานอยู่ที่ 22.4 พันล้านส่วนในหนึ่งโอห์ม-เมตร เช่นเดียวกับตะกั่ว ทองคำถูกใช้อย่างกว้างขวางในการทำที่ติดต่อทางอิเล็กทรอนิกส์ ไม่เหมือนกับโลหะอื่นๆ เนื่องจากมีความคงตัวทางเคมีสูงมาก และต้านทานการกัดกร่อนที่ทำให้ขั้วต่อไฟฟ้าประเภทอื่นๆ เสื่อมคุณภาพ