Johtimien ja eristeiden ero

Eivät kaikki atomit ole samanlaisia. Atomin rakenne vaihtelee atomista toiseen. Jotkut atomit eivät kykene pitämään ulkoelektroneitaan yhdessä. Niitä kutsutaan vapaiksi elektroneiksi, koska ne voivat vaeltaa vapaasti atomista toiseen. Nämä elektronit siirtävät sähköenergiaa hiukkaselta toiselle ja siirtävät siten energiaa sähkön muodossa. Johtaja on aine, joka ennakoi sähkövarauksen vapaata kulkua. Sitä vastoin eriste vastustaa sähköä, mikä tarkoittaa, että sillä on juuri päinvastainen vaikutus elektronien virtaukseen. Elektronit sitoutuvat tiukasti yhteen atomien sisällä, mikä rajoittaa sähkövarauksen vapaata virtausta. Tutkitaan näiden kahden eroa yksityiskohtaisesti.

Mitä ovat johtimet?

Johtimet ovat aineita, jotka sallivat vapaiden elektronien kulkea niiden läpi helposti ja siirtävät siten energiaa sähkön muodossa, kun elektronit liikkuvat vapaasti atomista atomiin. Yksinkertaisesti sanottuna johtimet sallivat elektronien vaeltaa vapaasti hiukkasesta hiukkaseen yhdessä tai useammassa suunnassa. Jos lähetät sähköisesti varautuneen elektronin johtimeen, se törmää vapaaseen elektroniin ja lopulta tyrmää sen, kunnes se tyrmää muita vapaita elektroneja. Tämä käynnistää eräänlaisen ketjureaktion, joka luo sähkövarauksen läpi materiaalin. Nämä aineet pystyvät helposti johtamaan sähköä lävitseen, koska niiden atomirakenne sallii vapaiden elektronien liikkua vapaasti hiukkaselta toiselle helposti.

Useimmat metallit, kuten kupari, alumiini, rauta, kulta ja hopea, ovat hyviä sähkönjohtimia, koska elektronit voivat vapaasti liikkua atomilta toiselle. Esimerkiksi kupari on hyvä johdin, koska se ennakoi elektronien vapaata kulkua melko helposti. Alumiini taas on myös hyvä sähköä johtava aine, mutta se ei ole yhtä hyvä kuin kupari. Se on hyvin kevyttä, joten sitä käytetään useimmiten sähkönjakelukaapeleissa. Otetaanpa esimerkki lampusta. Kun kytket valon päälle, sähkövaraus kulkee johtimen läpi, mikä saa lampun lähettämään valoa. Se ei ole mitään muuta kuin elektronien virtausta atomien välillä.

Metallit ovat yleisimpiä sähkönjohtimia. Muita johtimia ovat puolijohteet, elektrolyytit, plasmat sekä ei-metalliset johtimet, kuten johtavat polymeerit ja grafiitti. Hopea on parempi johdin kuin kupari, mutta sitä ei ole käytännöllistä käyttää useimmissa tapauksissa sen korkeamman hinnan vuoksi. Sitä käytetään kuitenkin erikoistuneissa ja herkissä laitteissa, kuten satelliiteissa. Jopa vettä, johon on sekoitettu epäpuhtauksia, kuten suolaa, voidaan pitää johtajana.

Mitä ovat eristeet?

Eristeet taas ovat aineita, joilla on täsmälleen päinvastainen vaikutus elektronien virtaukseen. Nämä aineet estävät elektronien vapaan virtauksen ja estävät siten sähkövirran kulun. Eristimet sisältävät atomeja, jotka pitävät kiinni elektroneistaan tiukasti, mikä rajoittaa elektronien virtausta atomilta toiselle. Koska elektronit ovat tiukasti sidottuja, ne eivät pääse liikkumaan vapaasti. Yksinkertaisesti sanottuna aineet, jotka estävät virran kulun, ovat eristeitä. Näillä aineilla on niin alhainen johtavuus, että virran virtaus on lähes mitätön, joten niitä käytetään yleisesti suojaamaan meitä sähkön vaarallisilta vaikutuksilta.

Joitakin yleisiä esimerkkejä eristeistä ovat lasi, muovi, keramiikka, paperi, kumi jne. Virran kulku elektronisissa piireissä ei ole staattista ja jännite voi olla ajoittain melko korkea, mikä tekee siitä hieman haavoittuvan. Joskus jännite on niin suuri, että sähkövirta virtaa sellaisten materiaalien läpi, joita ei edes pidetä hyvinä sähkönjohtimina. Tämä voi aiheuttaa sähköiskun, koska ihmiskeho on myös hyvä sähkönjohdin. Siksi sähköjohdot on päällystetty kumilla, joka toimii eristeenä, joka puolestaan suojaa meitä sisällä olevalta johtimelta. Ota mikä tahansa johto, niin näet eristeen ja jos näet johtimen, on aika vaihtaa se.

Johtimien ja eristeiden ero

1. Johtimet ennakoivat sähkövirran vapaata kulkua, koska elektronit vaeltavat vapaasti atomista toiseen helposti. Eristeet taas vastustavat sähkövirtaa, koska ne eivät salli elektronien vapaata kulkua hiukkaselta toiselle.
2. Johtimilla voidaan helposti siirtää energiaa sähkön tai vaikkapa lämmön muodossa. Sen sijaan eristeet eivät pysty siirtämään sähköenergiaa yhtä helposti, joten ne vastustavat sähköä.
3. Johtimien läpi kulkee helposti sähköä, koska niiden atomirakenteessa on vapaita elektroneja.
4. Eristeet taas eivät pysty kuljettamaan sähköä niiden läpi.
5. Johtimet ovat aineita, joiden atomeissa ei ole tiukasti sidottuja elektroneja, joten ne ovat vapaita kulkemaan yhteen tai moneen suuntaan. Eristimien tapauksessa elektronit ovat kuitenkin tiukasti sidottuja atomeihin, mikä rajoittaa elektronien liikkumista sovelletun jännitteen nimellisellä alueella.
6. Johtimilla on yleensä alhainen resistanssi, mutta ei nollaresistanssi, elleivät ne ole superjohtimia. Eristimillä on suuri sähkönvastus.
7. Johtimet johtavat sähköä, kun taas eristeet eristävät sähköä. Esimerkiksi sähköjohdon metallilanka on johdin, kun taas vaippa tai suojakuori on eriste.
8. Jännitteisen johtimen koskettaminen voi tappaa sinut. Toisaalta, jos kosketat jännitteistä eristintä, se ei satu tippaakaan, koska se vastustaa sähkövirtaa.

Johtimet vs. eristeet: Vertailutaulukko

Yhteenveto johtajista vs. eristeistä

Kumpikin, sekä johde että eriste, ovat ominaisuuksiltaan ja toiminnallisuudeltaan käytännössä vastakkaisia. Yleisin ero näiden kahden välillä on se, että siinä missä johtimet sallivat elektronien vapaan kulun atomilta toiselle, eristeet rajoittavat elektronien vapaata kulkua. Johtimet sallivat sähköenergian kulkea niiden läpi, kun taas eristeet eivät salli sähköenergian kulkua niiden läpi. Johtimilla on korkea johtavuus, kun taas eristeillä on alhainen johtavuus.