Unterschied zwischen Leiter und Isolator

Hauptunterschied - Leiter vs. Isolator

Dirigent und Isolator sind Ausdrücke, die beschreiben, ob ein bestimmtes Material günstige Eigenschaften für die Strom- oder Wärmeleitung hat. Das Hauptunterschied zwischen Leiter und Isolator ist das ein Leiter leitet Elektrizität oder Wärme gut, während ein Isolator leitet Strom oder Wärme schlecht. Je nachdem, ob wir an der Fähigkeit eines Materials interessiert sind, Strom oder Wärme zu leiten, verwenden wir Begriffe elektrisch Leiter / Isolator oder Thermal- Leiter / Isolator.

Was ist ein Dirigent?

EIN Wärmeleiter leitet Wärme gut ab. Die Wärmeübertragungsrate,  oder der Wärmestrom zwischen zwei Objekten mit einer Temperaturdifferenz von  ist gegeben durch

woher,   und sind die Querschnittsfläche bzw. die Länge des Leiters, der Wärme überträgt. Der Buchstabe  heißt das Wärmeleitfähigkeit, gemessen in Einheiten von W m^-1 K^-1. Dieser Brief kennzeichnet die Fähigkeit des Materials, Wärme zu leiten. Beispielsweise hat Kupfer eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 390 Wm^-1 K^-1 trockenes Holz hat eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,05 W m^-1 K^-1.

Die Fähigkeit eines Materials zu dirigieren Elektrizität zeichnet sich durch seine aus elektrische Leitfähigkeit (), was als Kehrwert des spezifischen Widerstands des Materials definiert wird. Das ist,

woher, ist die Stromdichte und  ist die elektrische Feldstärke. Tatsächlich wird die Leitfähigkeit eines Materials häufiger anhand der Formel berechnet

woher, ist die Länge des Dirigenten und ist die Querschnittsfläche des Leiters.  ist der Widerstand des Leiters, gegeben durch das Verhältnis der Potentialdifferenz über dem Leiter zum Strom durch den Leiter. Die Einheiten zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit sind S m^-1 (Siemens pro Meter). Kupfer hat eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 5,9 × 10⁷ S m^-1. Blei hat eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 4,6 × 10⁶ S m^-1.

Abmessungen zur Berechnung der Leitfähigkeit

In Metallen sind Elektronen hauptsächlich für die Stromführung und die Wärmeübertragung verantwortlich. Daher hängen die elektrischen und thermischen Leitfähigkeiten eng zusammen. Die Beziehung wird durch die gegeben Wiedemann-Franz-Gesetz:

Dabei ist T die absolute Temperatur (in Kelvin) und ist eine Konstante namens Lorenz konstant ().

Das Verhältnis zwischen thermischer und elektrischer Leitfähigkeit Nicht-Metalle sind nicht so eindeutig miteinander verbunden: Dies liegt daran, dass Strom immer durch getragen wird kostenlos Ladungsträger, während Wärme auch durch Schwingungen von Ionen geleitet werden kann, die sich nicht frei bewegen können. Typischerweise sind Materialien mit metallischen Bindungen gute thermische und elektrische Leiter, da sie freie Elektronen enthalten, die sich leicht bewegen und sowohl Elektrizität als auch Wärme leiten können.

Was ist ein Isolator?

Ein Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit wird als a bezeichnet Wärmeisolator. Glas ist auch ein guter Isolator mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,8 Wm^-1 K^-1. Luft ist ein noch besserer Wärmeisolator mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,02 W m^-1 K^-1. Bei doppelt verglastem Glas wird die geringe Wärmeleitfähigkeit von Luft zur Isolierung von Wohnungen genutzt, indem eine Luftschicht zwischen zwei Glasschichten eingeschlossen wird.

Ähnlich, elektrische Isolatoren sind Materialien mit geringen elektrischen Leitfähigkeiten. PVC, das zum Isolieren von Kabeln verwendet wird, hat eine sehr geringe Leitfähigkeit in der Größenordnung von 10^-12 -  10^-13 S m^-1. Typischerweise sind aus Polymeren hergestellte Materialien (mit kovalenten Bindungen zwischen ihnen und sehr wenig freien Elektronen) gute thermische und elektrische Isolatoren, da die meisten ihrer Elektronen fest gebunden sind.

Unterschied zwischen Leiter und Isolator

Dirigenten sind gut in der Leitung von Wärme und / oder Elektrizität

Isolatoren sind nicht gut in der Leitung von Wärme und / oder Elektrizität.

Das beste Dirigenten viele freie Träger wie Elektronen haben.

Das beste Isolatoren haben nicht viele freie Träger.

Bild mit freundlicher Genehmigung

"Ein etwas cartoonisches Diagramm der Geometrie der Widerstandsgleichung." Von User: Omegatron (Eigene Arbeit) [CC BY-SA 3.0], über Wikimedia Commons