Tärkein ero - Johdin vs. eristin

Kapellimestari ja Eristin ovat termejä, jotka kuvaavat, onko tietyllä materiaalilla sähköä tai lämpöä johtavia ominaisuuksia. The tärkein ero johtimen ja eristimen välillä on, että a johdin johtaa sähköä tai lämpöä hyvin, kun taas an eristin johtaa huonosti sähköä tai lämpöä. Käytämme termejä sen perusteella, oletko kiinnostunut materiaalin kyvystä johtaa sähköä tai lämpöä sähköjohdin/eristin tai lämmönjohdin/eristin.

Mikä on kapellimestari

A lämpöjohdin johtaa hyvin lämpöä. Lämmönsiirtonopeus,

tai lämpövirta kahden kohteen välillä, joiden lämpötilaero on

antaa

missä,

ja

ovat vastaavasti poikkileikkauspinta-ala ja lämpöä siirtävän johtimen pituus. Kirje

kutsutaan lämmönjohtokyky, mitattuna yksiköinä W m^-1 K^-1. Tämä kirje kuvaa materiaalin kykyä johtaa lämpöä. Esimerkiksi kuparin lämmönjohtavuus on noin 390 W m^-1 K^-1 Kuivan puun lämmönjohtavuus on noin 0,05 W m^-1 K^-1.

Materiaalin kyky johtaa sähköä on ominaista sen sähkönjohtavuus (

), joka määritellään materiaalin resistanssin vastavuoroiseksi. Tuo on,

missä,

on nykyinen tiheys ja

on sähkökentän voimakkuus. Itse asiassa materiaalin johtavuus lasketaan useammin kaavan avulla

missä,

on johtimen pituus ja

on johtimen poikkipinta-ala.

on johtimen vastus, joka saadaan johtimen poikkipotentiaalieron ja johtimen läpi kulkevan virran suhteesta. Sähkönjohtavuuden mittayksiköt ovat S m^-1 (Siemens per metri). Kuparin sähkönjohtavuus on noin 5,9 × 10⁷ S m^-1. kun taas lyijyn sähkönjohtavuus on noin 4,6 × 10⁶ S m^-1.

Johtavuuden laskemiseen käytetyt mitat

Metalleissa elektronit vastaavat pääasiassa virran ja lämmön kuljettamisesta. Siksi sähkö- ja lämmönjohtavuus liittyvät läheisesti toisiinsa. Suhteen antaa Wiedemann-Franzin laki:

jossa T on absoluuttinen lämpötila (Kelvin) ja

on vakio nimeltään Lorenzin vakio (

).

The lämmön ja sähkönjohtavuuden välinen suhde ei-metalleilla ei ole niin selvää yhteyttä: tämä johtuu siitä, että sähköä kuljettavat aina vapaat varauskantajat, kun taas lämpöä voidaan johtaa myös ionien värähtelyillä, jotka eivät ole vapaita liikkumaan. Yleensä metallisidoksilla varustetut materiaalit ovat hyviä lämpö- ja sähköjohtimia, koska ne sisältävät vapaita elektroneja, jotka voivat helposti liikkua ja johtaa sekä sähköä että lämpöä.

Mikä on eriste

Materiaalia, jolla on alhainen lämmönjohtavuus, kutsutaan a lämpöeristin. Lasi on myös hyvä eristin, jonka lämmönjohtavuus on noin 0,8 W m^-1 K^-1. Ilma on vielä parempi lämpöeriste, jonka lämmönjohtavuus on noin 0,02 W m^-1 K^-1. Kaksinkertaiset lasit hyödyntävät ilman alhaista lämmönjohtavuutta asuntojen eristämiseen pitämällä ilmakerros loukussa kahden lasikerroksen väliin.

Samoin, sähköeristeet ovat materiaaleja, joilla on alhainen sähkönjohtavuus. PVC: llä, jota käytetään kaapeleiden eristämiseen, on erittäin alhainen johtavuus, joka on luokkaa 10^-12 – 10^-13 S m^-1. Tyypillisesti polymeereistä valmistetut materiaalit (joiden välissä on kovalenttisia sidoksia hyvin vähän vapaita elektroneja) ovat hyviä lämpö- ja sähköeristeitä, koska suurin osa niiden elektroneista on tiukasti sidottuja.

Ero johtimen ja eristimen välillä

Kapellimestarit ovat hyviä lämmön ja/tai sähkön johtamiseen

Eristimet eivät ole hyviä lämmön ja/tai sähkön johtamisessa.

Paras johtimet on monia vapaita kantoaaltoja, kuten elektroneja.

Paras eristimet ei ole monia ilmaisia ​​operaattoreita.

Kuva kohteliaasti

"Hieman sarjakuvakaavio resistiivisyysyhtälön geometriasta." käyttäjältä: Omegatron (oma teos) [CC BY-SA 3.0], Wikimedia Commonsin kautta