绝缘体是什么意思呢?
2023-08-24 广告
绝缘体(英语:Insulator),又称电介质或绝缘子,是一种阻碍电荷流动的材料。
在绝缘体中,价带电子被紧密的束缚在其原子周围。这种材料在电气设备中用作绝缘体,或称起绝缘作用。其作用是支撑或分离各个电导体,不让电流流过。
玻璃、纸或聚四氟乙烯等材料都是非常好的电绝缘体。更多的一些材料可能具有很小的电导,但仍然足以作为电缆的绝缘,例如橡胶类高分子和绝大多数塑料。这些材料可以在低压下(几百甚至上千伏特)用作安全的绝缘体。
绝缘体是指理论上不存在电导的物质。电子能带理论指出,固体中的电子仅允许存在于一定的能量状态,这些能量状态形成彼此分离的能带。
电子趋向于先占据能量最低的能带,在绝对零度能够被填满的能量最高的能带叫做价带,价带之上的能带叫做导带,价带和导带之间的空隙叫做能隙。在绝对零度以上,价带电子部分被激发而跃迁至导带,成为导带电子,并在价带留下空穴。
根据能带理论,被电子填满的能带或空的能带对电导没有贡献,电导仅来源于半满的能带,导带电子和价带空穴合称载流子。金属的导带被部分填充,因而有好的电导。对于半导体和绝缘体,在绝度零度下价带被填满,而导带没有电子。
在常温下,半导体由于能隙较小,可以通过热激发而形成电子空穴对,因而具有一定的电导。相反,绝大多数绝缘体通常具有非常大的带隙宽度,价带电子很难被激发至导带,因此绝缘体的载流子浓度极低,相应地电导也极低,或者说这种材料绝缘。
用途
绝缘体通常用做电缆的外表覆层。事实上空气本身就是一种绝缘体,并不需要其他的物质进行绝缘。高压输电线就是通过空气绝缘的,因为使用固体(例如塑料)覆层并不实际。然而,导线相互接触可能造成短路和火灾。
在同轴电缆中,中心的导体必须位于正中,以防止电磁波的反射。另外,任何高于60V的电压都会对人体造成电击或触电危险。使用绝缘体作为外表覆层可以防止这些问题。
在电子系统中,印刷电路板通常由环氧塑料和玻璃纤维制成,不导电的基板对铜导线层起支撑作用。在电子设备中,微小而精密的有效部件镶嵌在不导电的环氧树脂,酚醛树脂,玻璃或陶瓷涂覆层之中。
在诸如晶体管和集成电路等微电子元器件中,掺杂的硅材料通常是一种导体。但是通过在氧气环境加热,硅也可以很容易地转变为绝缘体。硅被氧化将得到石英,也叫二氧化硅。
在带有变压器和电容器的高压系统中,液态的绝缘的机油通常用来防止电弧放电的发生。在需要承受相当高的电压而不被电击穿的地方,人们用油替代空气进行绝缘。其他的绝缘方法包括使用陶瓷,玻璃,真空等,或者在导线相距很远时亦可使用空气作为绝缘。