Chất cách điện [điện]
Chất cách điện là vật liệu trong đó dòng điện chạy không tự do. Các nguyên tử của chất cách điện có các electron liên kết chặt chẽ và không thể dễ dàng di chuyển. Các vật liệu khác, chất bán dẫn và chất dẫn điện dẫn dòng điện dễ dàng hơn. Tính chất phân biệt chất cách điện là điện trở suất của nó ; chất cách điện có điện trở suất cao hơn chất bán dẫn hoặc chất dẫn điện. Các ví dụ phổ biến nhất là phi kim loại .
Một chất cách điện hoàn hảo không tồn tại bởi vì ngay cả chất cách điện cũng chứa một số lượng nhỏ các điện tích di động [vật mang điện ] có thể mang dòng điện. Ngoài ra, tất cả các chất cách điện đều trở nên dẫn điện khi đặt một hiệu điện thế đủ lớn làm điện trường xé các electron ra khỏi nguyên tử. Đây được gọi là điện áp đánh thủng của chất cách điện. Một số vật liệu như thủy tinh , giấy và Teflon , có điện trở suất cao, là chất cách điện rất tốt. Một loại vật liệu lớn hơn nhiều, mặc dù chúng có thể có điện trở suất khối thấp hơn, vẫn đủ tốt để ngăn dòng điện đáng kể chạy ở điện áp sử dụng thông thường, và do đó được sử dụng làm vật liệu cách điện cho dây dẫn điện và cáp . Ví dụ bao gồm các polyme giống như cao su và hầu hết các chất dẻo có thể là chất nhiệt rắn hoặc nhựa nhiệt dẻo trong tự nhiên.
Chất cách điện được sử dụng trong các thiết bị điện để hỗ trợ và ngăn cách các dây dẫn điện mà không cho dòng điện chạy qua chúng. Vật liệu cách điện được sử dụng với số lượng lớn để bọc cáp điện hoặc các thiết bị khác được gọi là vật liệu cách điện . Thuật ngữ vật cách điện cũng được sử dụng cụ thể hơn để chỉ các giá đỡ cách điện được sử dụng để gắn các đường dây phân phối hoặc truyền tải điện vào các cột điện và tháp truyền tải . Chúng hỗ trợ trọng lượng của các dây lơ lửng mà không cho phép dòng điện chạy qua tháp xuống đất.
Cách điện là sự không dẫn điện . Lý thuyết dải điện tử [một nhánh của vật lý] quy định rằng một dòng điện tích nếu có sẵn các trạng thái mà các điện tử có thể bị kích thích. Điều này cho phép các electron thu được năng lượng và do đó di chuyển qua một vật dẫn chẳng hạn như kim loại . Nếu không có các trạng thái như vậy, vật liệu là chất cách điện.
Hầu hết [mặc dù không phải tất cả, xem cách điện Mott ] chất cách điện có khoảng cách vùng cấm lớn . Điều này xảy ra do vùng "hóa trị" chứa các điện tử năng lượng cao nhất đã đầy, và một khoảng trống năng lượng lớn ngăn cách vùng này với vùng tiếp theo phía trên nó. Luôn luôn có một số điện áp [được gọi là điện áp đánh thủng ] cung cấp cho các điện tử đủ năng lượng để kích thích vào dải này. Khi vượt quá điện áp này, vật liệu không còn là chất cách điện và điện tích bắt đầu truyền qua nó. Tuy nhiên, nó thường đi kèm với những thay đổi vật lý hoặc hóa học làm suy giảm vĩnh viễn các đặc tính cách điện của vật liệu.
Vật liệu thiếu sự dẫn điện tử là chất cách điện nếu chúng thiếu các điện tích di động khác. Ví dụ, nếu một chất lỏng hoặc chất khí có chứa các ion, thì các ion đó có thể được tạo ra để chạy như một dòng điện, và vật liệu là một chất dẫn điện. Chất điện phân và plasmas chứa các ion và hoạt động như chất dẫn điện cho dù có sự tham gia của dòng điện tử hay không.