Johdin ja eriste ovat materiaalityyppejä. Yksi tärkeimmistä eroista johtimen ja eristeen välillä on se, että johdin sallii energian (eli virran tai lämmön ) kulkea sen läpi, kun taas eriste ei salli energian kulkea sen läpi. Joitakin muita eroja niiden välillä selitetään jäljempänä vertailukaavion muodossa.
Sisältö: Johtaja V/s Eristin
- Vertailukaavio
- Määritelmä
- Keskeiset erot
- Muistettava asia
Vertailukaavio
| Vertailun perusteet | Johdin | Insulaattori |
|---|---|---|
| Määritelmä | Materiaali, joka sallii sähkövirran tai lämmön kulkea sen läpi. | Estä sähkövirran tai lämmön kulkua sen läpi. |
| Sähkökenttä | On olemassa pinnalla, mutta pysyy nollassa johtimen sisällä. | Ei ole olemassa eristeessä. |
| Magneettinen kenttä | Säilyttää energiaa | Ei säilytä energiaa |
| Potentiaali | Pysyy samana johtimen kaikissa pisteissä. | Pysyy nollassa. |
| Lämmönjohtavuus | korkea | matala |
| Kovalenttinen sidos | heikko | vahva |
| johtavuus | erittäin korkea | matala |
| Vastus | matala | korkea |
| Elektronit | Vapaasti liikkuvat | Eivät liiku vapaasti |
| Resistenssi | Vaihtelee korkeasta matalaan | korkea |
| Lämpötilakerroin | Positiivinen lämpötilakerroin | Negatiivinen lämpötilakerroin |
| Johtokaista | Täynnä elektroneja | Jää tyhjäksi |
| Valenssikaista | Pysyy tyhjänä | Täynnä elektroneja |
| Suljettu aukko | Ei kiellettyä aukkoa | Suuri kielletty aukko |
| Esimerkkejä | Ironit, alumiini, hopea, kupari jne. | Kumi, puu, paperi jne. |
| Käyttö | Sähköjohtojen ja -johtimien valmistukseen | Sähkökaapeleiden tai -johtimien eristeenä, sähkölaitteiden tukemiseen jne. |
Johtimen määritelmä
Johtimella tarkoitetaan materiaalia, joka sallii sähkövirran tai lämmön kulkea sen läpi. Johtimessa olevat elektronit liikkuvat vapaasti atomilta atomille, kun niiden yli kohdistetaan potentiaaliero. Johtajan johtavuus riippuu radan uloimman kuoren vapaiden elektronien määrästä. Materiaalin johtavuus on suoraan verrannollinen vapaiden elektronien lukumäärään.
Materiaalin johtavuus on suoraan verrannollinen vapaiden elektronien lukumäärään.Johtimen valenssikaista ja johtavuuskaista ovat päällekkäin keskenään, joten kiellettyä energia-aukkoa ei ole. Johtimen resistanssi on hyvin pieni, minkä ansiosta varaukset liikkuvat vapaasti paikasta toiseen, kun niiden yli kytketään jännite. Esimerkkejä johtimista ovat mm. kupari, alumiini, hopea ja elohopea.
Eristimen määritelmä
Materiaaleja, jotka eivät päästä sähkövirtaa tai lämpöä kulkemaan lävitseen sellaista materiaalia kutsutaan eristeeksi. Eristimen atomien välinen kovalenttinen sidos on hyvin vahva.näin ollen elektronit tai varaukset eivät liiku vapaasti. Eristimen resistiivisyys on hyvin suuri.
Eristimen valenssikaistan ja johtavuuskaistan välinen kielletty rako on hyvin suuri, joten elektronit tarvitsevat paljon energiaa siirtyäkseen valenssikaistasta johtavuuskaistalle.
Eristintä käytetään pääasiassa johtimen erottamiseen ja sähkölaitteiden tukemiseen. Sitä käytetään myös sähkökaapelissa. Paperia, puuta, posliinia jne, ovat esimerkkejä eristeestä.
Keskeiset erot johtimen ja eristeen välillä
- Johdin on materiaalityyppi, joka sallii sähkövirran tai lämmön kulkea sen läpi, kun taas eriste ei salli sähkövirran tai lämmön kulkea sen läpi.
- Sähkökenttä on olemassa vain johtimen pinnalla, ja se pysyy nollassa johtimen sisäpuolella, kun taas eristeessä sitä ei ole.
- Johdin ei magneettikenttään joutuessaan varaa energiaa, kun taas eriste varaa energiaa magneettikentässä.
- Johtimen lämmönjohtavuus on korkea, kun taas eristeen lämmönjohtavuus on alhainen.
- Lämmönjohtavuus on materiaalin ominaisuus, joka sallii lämmön kulkea sen läpi esteettä.
- Johtimen atomien välinen kovalenttinen sidos on hyvin heikko, kun taas eristeessä se on hyvin vahva.
- Kovalenttinen sidos on atomien välinen kemiallinen sidos, johon liittyy elektronien jakaminen.
- Johtimessa elektronit liikkuvat vapaasti atomilta toiselle aina, kun sen poikki kohdistetaan potentiaaliero, kun taas eristeessä elektronit ovat kiinnittyneitä atomitasovoimien vuoksi.
- Johtimen johtavuus on suuri, kun taas eristeiden johtavuus on pieni.
- Johtavuus on nopeus, jolla lämpö tai varaus virtaa materiaalin läpi.
- Johtimen resistanssi on hyvin pieni, ja siksi elektronit liikkuvat vapaasti atomilta atomille. Eristimen resistanssi on hyvin suuri.
- Johtimessa on paljon vapaita elektroneja, kun taas eristeessä ei ole paljon vapaita elektroneja.
- Johtimen potentiaali pysyy samana kaikissa pisteissä, kun taas eristeissä potentiaali pysyy nollassa.
- Johtimen ominaisvastus vaihtelee suuresta pieneen, kun taas eristeen ominaisvastus on hyvin suuri.
- Vastuslujuus on materiaalin vastustuskyky.
- Johtimella on positiivinen lämpöresistanssikerroin, kun taas eristeellä on negatiivinen lämpöresistanssikerroin.
- Lämpöresistanssikerroin kuvaa materiaalin fysikaalisen ominaisuuden muuttumista lämpötilan myötä. Jos resistanssi kasvaa lämpötilan myötä, sitä kutsutaan positiiviseksi lämpöresistanssikertoimeksi. Negatiivisessa lämpökertoimessa vastus pienenee lämpötilan noustessa.
- Johtimen johtokaista on täynnä elektroneja, kun taas eristeen johtokaista on tyhjä.
- Johtimen valenssikaista on tyhjä, kun taas eristeen valenssikaista on täynnä elektroneja.
- Johtimessa ei ole kiellettyä aukkoa, kun taas eristeessä kielletty aukko on hyvin suuri.
- Kielletty aukko on materiaalin valenssikaistan ja johtumiskaistan välinen aukko. Se määrittää materiaalin johtavuuden. Jos rako on pieni, elektroni siirtyy helposti valenssikaistasta johtavuuskaistalle ja siten materiaalia pidetään johtajana. Jos niiden välinen rako on suuri, niin materiaali ilmaistaan eristeenä.
- Kupari, hopea, alumiini, elohopea ovat esimerkkejä johtajista. Puu, paperi, keramiikka jne. ovat esimerkkejä eristeestä.
- Johdinta käytetään sähköjohtojen ja -kaapeleiden valmistukseen.Eristettä käytetään virtaa johtavien johtimien erottamiseen ja sähkölaitteiden kannatteluun.
Kohta muistettavaksi
Kansainvälisen kuparistandardin (IACS, International Annealed Copper Standard, kansainvälinen kuparistandardi) mukaan hopeaa pidetään johtavimpana materiaalina. Hopean hinta on kuitenkin hyvin korkea, joten sitä ei käytetä sähköjohtojen ja -kaapeleiden valmistukseen.