Изолятор (электричество)
Электрический изолятор — это материал, в котором электрический ток не протекает свободно. Атомы изолятора имеют прочно связанные электроны, которые не могут легко перемещаться. Другие материалы — полупроводники и проводники — легче проводят электрический ток. Отличительной чертой изолятора является его удельное сопротивление ; изоляторы имеют более высокое удельное сопротивление, чем полупроводники или проводники. Наиболее распространенными примерами являются неметаллы .
Идеального изолятора не существует, потому что даже изоляторы содержат небольшое количество подвижных зарядов ( носителей заряда ), которые могут проводить ток. Кроме того, все изоляторы становятся электропроводящими , когда прикладывается достаточно большое напряжение, чтобы электрическое поле отрывало электроны от атомов. Это известно как напряжение пробоя изолятора. Некоторые материалы, такие как стекло , бумага и ПТФЭ , которые имеют высокое удельное сопротивление., являются очень хорошими электрическими изоляторами. Гораздо более широкий класс материалов, даже если они могут иметь более низкое объемное удельное сопротивление, все же достаточно хорош, чтобы предотвратить протекание значительного тока при обычно используемых напряжениях, и поэтому используются в качестве изоляции для электрических проводов и кабелей . Примеры включают каучукоподобные полимеры и большинство пластиков , которые могут быть термореактивными или термопластичными по своей природе.
Изоляторы используются в электрооборудовании для поддержки и разделения электрических проводников , не пропуская ток через себя. Изоляционный материал, используемый в больших количествах для обмотки электрических кабелей или другого оборудования, называется изоляцией . Термин изолятор также используется более конкретно для обозначения изолирующих опор, используемых для крепления линий распределения или передачи электроэнергии к опорам и опорам электропередач . Они выдерживают вес подвешенных проводов, не позволяя току течь через опору на землю.
Электроизоляция – это отсутствие электропроводности . Теория электронных зон (раздел физики) утверждает, что заряд течет, если доступны состояния, в которые могут быть возбуждены электроны. Это позволяет электронам набирать энергию и, таким образом, двигаться через проводник, такой как металл . Если таких состояний нет, материал является изолятором.
Большинство (хотя и не все, см. Изолятор Мотта ) изоляторы имеют большую ширину запрещенной зоны . Это происходит потому, что «валентная» зона, содержащая электроны с наивысшей энергией, заполнена, и большая энергетическая щель отделяет эту зону от следующей зоны над ней. Всегда существует некоторое напряжение (называемое напряжением пробоя ), которое дает электронам достаточно энергии для возбуждения в эту полосу. Как только это напряжение превышено, материал перестает быть изолятором, и через него начинает проходить заряд. Однако обычно это сопровождается физическими или химическими изменениями, которые необратимо ухудшают изоляционные свойства материала.
Материалы, в которых отсутствует электронная проводимость, являются изоляторами, если в них отсутствуют и другие мобильные заряды. Например, если жидкость или газ содержат ионы, то ионы можно заставить течь как электрический ток, а материал является проводником. Электролиты и плазма содержат ионы и действуют как проводники независимо от того, участвует ли поток электронов.
