導体と絶縁体

導体と絶縁体は何が違うのでしょうか。

導体と絶縁体の構造を調べてみます。

導体は電気をよく通すということで、電気設備や送電線などの場所に使用されています。

また絶縁体は導体を他の導体と短絡したりするのを防ぐ役割があります。

電気を通すことができるか、できないかという度合いにより 導体、絶縁体 に区別されます。

電気をよく通すものを 導体、電気を通さないものを 絶縁体 と呼びます。

また、ある条件のときに電気を通したりする、特殊な性質を持っているものを 半導体呼びます。

半導体はダイオードやトランジスタ、ICその他、現代の電気機器の全てに多くの部品として使用されています。

電気を通すか、通さないかの違いは 自由電子の数 によります。

自由電子の数が多ければ電気は通りやすくなり、自由電子の数が少ないほど電気は通りにくくなります

導体の構造

導体としてよく使われる、銅やアルミニウムなど、電気をよく通す物質は自由電子の数が多くあります。

図1のように金属の原子核はきれいに配列されています。

そして、そのまわりに何かのエネルギーが加わると飛び出すことができる 電子(自由電子) があリます。

通常の状態では原子核と電子の電気量はプラス、マイナスがゼロになっているので、原子としてみれば電気量はゼロになっています。

■ 導体に電圧を加える

次にこの両端に電気を加えるとどうなるか考えて見ましょう。

導体の場合は自由電子がプラスの電気に引かれて原子核から飛び出していきます。

この自由電子の流れが電気が流れるということになります。

■ 導体が使われる多く所

銅やアルミニウムのように電気を通しやすい物質は電気設備や電気機器によく使われています。

特に銅は比較的電気抵抗が小さい上に価格が安く、また加工が簡単なため最も使われています。

高圧の送電線や、一般家庭の屋内配線やテレビなど電気製品の内部はもちろんのこと電源コードなどにも、銅線が使われています。

アルミニウムは銅よりも電気抵抗が大きいのですが、銅よりも軽いという利点を持っています。

そのため、送電線などで電線の大径のものを長距離に敷設する場合などに使われます。

半導体のチップと基盤を接続するにはボンディングワイヤとして、金がよく使われています。

金は電気抵抗は銀や銅よりも大きく価格も高価です。

しかし、金の場合は酸化がしづらいためと、金箔を見れば分かるように金ほど薄く(細く)することができる物質が他にないので使われています。

水は一般的に電気を通す物質と考えられていますが、不純物を含まない純水は絶縁体となります。

半導体などの電子部品や電子回路の基盤、液晶パネルに使うガラスなどの製造過程においては、極微量の不純物が残っていても製品の品質に大きな影響があります。

ですから、純水をさらに高めた 超純水 が使われています。 

絶縁体の構造

図3のようにゴムなどの絶縁体の場合は、原子の構造は導体と同じです。

原子核と電子の結びつきが強いために原子核から飛び出していく 自由電子 がありません。

そのため電子が動けるのは原子核のまわりだけということになります。

■ 絶縁体に電圧を加えた場合 

図4のような状態で両端に電気を加えると、電子はプラスに引き寄せられて近づきます。

図4のようにプラスに近づきますが原子核から飛び出すことは出来ないので、プラスとマイナスがきれいに並ぶことになりますが電気は流れません。

これが絶縁体が電気を流さない理由です。

しかし、非常に大きな電圧をかけると、絶縁が破壊されることになります。

一般に空気は絶縁体ですが、カミナリは高い電圧により空気の絶縁が破壊されたものといえます。

このように絶縁体は電圧によって変わりますので注意が必要です。

■ 絶縁体が使われる所

導体のように電気をよく通すものだけあれば、良いかというとそういうわけでもありません。

絶縁物で電気をカバーしていなければ、家の中でも外でも電気がバチバチとショートしているようなことになります。

ですから、絶縁物も重要な役割りを持っています。

電線をビニールやゴムでカバーしたり、変圧器では絶縁油で短絡を防いだりと、色々な所で活躍しているわけです。

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以上で「導体と絶縁体」の説明を終わります。