Hovedforskel - Dirigent vs. isolator

Leder og Isolator er udtryk, der beskriver, om et givet materiale har egenskaber, der er gunstige til at lede elektricitet eller varme. Det hovedforskel mellem leder og isolator er, at a leder leder elektricitet eller varme godt, hvorimod en isolatoren leder el eller varme dårligt. Baseret på om vi er interesseret i et materiales evne til at lede elektricitet eller varme, bruger vi udtryk elektrisk leder/isolator eller termisk leder/isolator.

Hvad er en konduktør

EN termisk leder leder varmen godt. Varmeoverførselshastigheden,

eller varmestrømmen, mellem to objekter med en temperaturforskel på

er givet af

hvor,

og

er henholdsvis tværsnittet og længden af ​​lederen, der overfører varme. Brevet

kaldes varmeledningsevne, målt i enheder af W m^-1 K^-1. Dette brev karakteriserer materialets evne til at lede varme. For eksempel har kobber en varmeledningsevne på ca. 390 W m^-1 K^-1 mens tørt træ har en varmeledningsevne på ca. 0,05 W m^-1 K^-1.

Et materiales evne til at lede elektricitet er kendetegnet ved dets elektrisk ledningsevne (

), som er defineret som det gensidige af materialets resistivitet. Det er,

hvor,

er den aktuelle tæthed og

er det elektriske feltstyrke. I virkeligheden beregnes ledningsevnen for et materiale oftere ved hjælp af formlen

hvor,

er lederens længde og

er konduktørens tværsnitsareal.

er lederens modstand, givet ved forholdet mellem potentialforskellen på tværs af lederen til strømmen gennem lederen. Enhederne til måling af elektrisk ledningsevne er S m^-1 (Siemens pr. Meter). Kobber har en elektrisk ledningsevne på omkring 5,9 × 10⁷ S m^-1. mens bly har en elektrisk ledningsevne på omkring 4,6 × 10⁶ S m^-1.

Dimensioner, der bruges til at beregne ledningsevne

I metaller er elektroner hovedsageligt ansvarlige for at transportere strøm samt varme. Derfor er elektriske og termiske ledningsevner tæt forbundet. Forholdet er givet af Wiedemann-Franz lov:

hvor, T er den absolutte temperatur (i Kelvin) og

er en konstant kaldet Lorenz konstant (

).

Det forholdet mellem termisk og elektrisk ledningsevne for ikke-metaller er ikke så klart relateret: dette skyldes, at elektricitet altid transporteres af gratis ladningsbærere, mens varme også kan ledes af vibrationer af ioner, som ikke er frie til at bevæge sig rundt. Typisk er materialer med metalliske bindinger gode termiske og elektriske ledere, fordi de indeholder frie elektroner, som let kan bevæge sig rundt og lede både elektricitet og varme.

Hvad er en isolator

Et materiale med lav varmeledningsevne kaldes a varmeisolator. Glas er også en god isolator med en varmeledningsevne på ca. 0,8 W m^-1 K^-1. Luft er en endnu bedre varmeisolator med en varmeledningsevne på cirka 0,02 W m^-1 K^-1. Dobbeltglasglas gør brug af luftens lave varmeledningsevne til at isolere boliger ved at have et luftlag fanget mellem to lag glas.

Tilsvarende elektriske isolatorer er materialer med lav elektrisk ledningsevne. PVC, der bruges til at isolere kabler, har en meget lav ledningsevne i størrelsesordenen 10^-12 – 10^-13 S m^-1. Typisk er materialer fremstillet af polymerer (med kovalente bindinger mellem sig med meget få frie elektroner) gode termiske og elektriske isolatorer, fordi de fleste af deres elektroner er tæt bundet.

Forskellen mellem leder og isolator

Dirigenter er gode til at lede varme og/eller elektricitet

Isolatorer ikke er gode til at lede varme og/eller elektricitet.

Det bedste ledere har mange frie bærere, såsom elektroner.

Det bedste isolatorer ikke har mange gratis transportører.

Billede høflighed

"Et lidt tegneserieagtigt diagram over resistivitetsligningens geometri." af bruger: Omegatron (eget arbejde) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons