Hvorfor er glas en isolator af elektricitet?

En isolator er et materiale, der gør en dårlig job passere gennem elektricitet og således gør det til en god elektrisk skjold. Den fysiske struktur af glas gør det svært for elektronerne inde i det til at bevæge sig, til gengæld gør det sværere for elektriske ladninger til at passere gennem glasset. Bemærk, at være en elektrisk isolator er ikke det samme som at være en god isolator af varme (selvom glas er en relativ god varmeisolator).

Elektroner og positroner

Alle materialer er sammensat af en række forskellige partikler. Disse omfatter elektroner og positroner, som bærer modstående elektriske ladninger, med forholdet mellem de to bestemme, om selve materialet er positivt eller negativt ladet. Store variationer i elektriske ladninger på to tilstødende materialer eller mellem forskellige dele af et materiale kan forårsage en bevægelse af afgift kaldet en elektrisk strøm, eller blot "elektricitet". Til denne afgift til at bevæge sig effektivt gennem et materiale, elektronerne har brug for at bevæge sig frit inden for det materielle.

Band teori

Præcis hvordan partikler som elektroner opfører er et spørgsmål forskere fortsætte med at udforske gennem hvad der kaldes kvantemekanikken. En forklaring er, at selv måde energi er spredt over elektroner kan variere, det varierer inden for faste intervaller kendt som bands. Et materiale kan have flere bands afhængigt af dens elementer og strukturer komponent. I et fast materiale, er to af disse bånd kaldes Valance band og ledningsbåndet, med et fysisk rum i mellem kaldes båndgab. Elektroner kan ikke blive i båndgab, så nødt til at "hoppe" over den. Størrelsen af ​​båndgab afgør, hvor let elektroner kan gøre dette spring og dermed hvor let de kan bevæge sig omkring i materialet.

Effekter

I nogle materialer såsom metaller, båndgab er lille eller ikke-eksisterende (den Valance og ledningsforstyrrelser bands støder eller overlap). Dette betyder elektroner kan bevæge sig lettere, og til gengæld kan materialet overføre elektrisk ladning lettere. Sådanne materialer er kendt som ledere. I andre materialer, såsom glas, båndgab er stor. Det gør det sværere for elektroner at bevæge sig frit inden for glas, til gengæld gør det sværere for en gratis at passere gennem glasset og skabe en effektiv strøm. Som et resultat glas er kendt som en isolator.

Anvendelser

Glas var en almindelig isolator i de tidlige dage af mennesker med vilje ved hjælp af elektricitet, for eksempel i elledninger og kommunikationskabler. En almindelig anvendelse var at bygge et glas skjold omkring bare ledninger, eller omkring metalgenstande, der var udsat for at blive ramt af lynet. Over tid glas blev mindre begunstigede som en isolator, fordi det var for tung, dyre og sårbare over for at bryde. I stedet de fleste elektrisk isolering i dag bruger plast, der er ofte billigere og langt mere fleksibel. Plast er ikke så god en isolator som glas, men er godt nok til mange anvendelser.