Skillnad mellan ledare och isolator

Huvudskillnad - Dirigent vs Isolator

Dirigent och Isolator är termer som beskriver huruvida ett givet material har egenskaper som är gynnsamma för el eller värme. De huvudskillnad mellan ledare och isolator är det a ledare leder el eller värme väl, medan en isolatorn leder el eller värme dåligt. Baserat på om vi är intresserade av materialets förmåga att genomföra el eller värme, använder vi termer elektrisk ledare / isolator eller termisk ledare / isolator.

Vad är en Dirigent

en värmeledare utför värme väl. Hastigheten för värmeöverföring,  eller värmeströmmen, mellan två föremål som har en temperaturdifferens på  ges av

var,   och är tvärsnittsarean och längden av ledarens överföringsvärme respektive. Brevet  kallas värmeledningsförmåga, mätt i enheter av W m^-1 K^-1. Detta brev karakteriserar materialets förmåga att leda värme. Exempelvis har koppar en värmeledningsförmåga av ca 390 Wm^-1 K^-1 medan torrt trä har en värmeledningsförmåga på ca 0,05 Wm^-1 K^-1.

Ett materials förmåga att utföra elektricitet kännetecknas av dess elektrisk konduktivitet (), som definieras som den ömsesidiga av materialets resistivitet. Det är,

var, är den aktuella densiteten och  är den elektriska fältstyrkan. I själva verket beräknas ledningsförmågan hos ett material oftare med användning av formeln

var, är ledarens och längdens längd är ledarens tvärsnittsarea.  är ledarens motstånd, givet av förhållandet mellan potentialskillnaden över ledaren till strömmen genom ledaren. Enheterna för mätning av elektrisk ledningsförmåga är Sm^-1 (Siemens per meter). Koppar har en elektrisk ledningsförmåga på ca 5,9 × 10⁷ S m^-1. medan bly har en elektrisk ledningsförmåga på ca 4,6 × 10⁶ S m^-1.

Mått som används för att beräkna konduktivitet

I metaller är elektroner huvudsakligen ansvariga för att bära nuvarande och värme. Därför är elektriska och termiska ledningsförhållanden nära besläktade. Relationen ges av Wiedemann-Franz lag:

var, T är den absoluta temperaturen (i Kelvin) och är en konstant kallad Lorenz konstant ().

De förhållandet mellan termisk och elektrisk ledningsförmåga för icke-metaller är inte så tydligt relaterade: det beror på att el alltid bärs av fri laddning bärare medan värme kan också utföras av vibrationer av joner som inte är fritt att röra sig om. Material med metallbindningar är typiskt bra termiska och elektriska ledare, eftersom de innehåller fria elektroner som lätt kan röra sig om och leda både el och värme.

Vad är en isolator

Ett material med låg värmeledningsförmåga kallas a värmeisolator. Glas är också en bra isolator med en värmeledningsförmåga på ca 0,8 W m^-1 K^-1. Luft är en ännu bättre värmeisolator med en värmeledningsförmåga på ca 0,02 W m^-1 K^-1. Dubbelglas används av luftens låga värmeledningsförmåga för att isolera bostäder genom att ha ett lager av luft fäst mellan två lager av glas.

Liknande, elektriska isolatorer är material med låga elektriska ledningar. PVC, som används för att isolera kablar, har en mycket låg konduktivitet i storleksordningen 10^-12 -  10^-13 S m^-1. Typiskt är material gjorda av polymerer (som har kovalenta bindningar mellan dem med mycket lilla fria elektroner) bra termiska och elektriska isolatorer eftersom de flesta av deras elektroner är tätt bundna.

Skillnad mellan ledare och isolator

ledare är bra på att genomföra värme och / eller el

isolatorer är inte bra på att göra värme och / eller el.

Det bästa ledare har många fria bärare, såsom elektroner.

Det bästa isolatorer har inte många fria bärare.

Image Courtesy

"Ett lite tecknat diagram av geometri av resistivitets ekvationen." Av användaren: Omegatron (eget arbete) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons