Μονωτές

Οι μονωτές είναι υλικά που εμποδίζουν τα ηλεκτρόνια να μεταφέρονται ελεύθερα από ένα σωματίδιο ενός στοιχείου σε ένα άλλο σωματίδιο του ίδιου στοιχείου. Εάν εφαρμόσουμε μικρή ποσότητα φορτίου σε ένα τέτοιο στοιχείο σε οποιοδήποτε σημείο της επιφάνειάς του, το φορτίο παραμένει στο σημείο όπου εφαρμόστηκε και δεν εξαπλώνεται σε όλη την επιφάνεια. Η φόρτιση τέτοιων στοιχείων με τρίψιμο (ή, στην περίπτωση ορισμένων εξαρτημάτων, με τη βοήθεια κατάλληλων υλικών) και η φόρτιση με επαγωγή είναι δύο δημοφιλείς μέθοδοι φόρτισης τέτοιων στοιχείων.

Μονωτήρας είναι οποιοδήποτε υλικό που μπορεί είτε να εμποδίσει τη ροή των ηλεκτρικών ρευμάτων.

Αν και ένας ηλεκτρικός μονωτήρας θεωρείται συνήθως ως μη αγώγιμο υλικό, περιγράφεται με μεγαλύτερη ακρίβεια ως κακός αγωγός ή ουσία που παρουσιάζει υψηλή αντίσταση στη ροή ηλεκτρικού ρεύματος στις περισσότερες περιπτώσεις. Όταν πρόκειται για υλικά, η ειδική αντίσταση είναι η σταθερά υλικού που χρησιμοποιείται για τη σύγκριση διαφορετικών μονωτικών και αγώγιμων υλικών μεταξύ τους.

Μονωτές:Μια επισκόπηση

Ένας μονωτήρας είναι ένα υλικό που δεν επιτρέπει τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσω αυτού. Χαρτί, πλαστικό, καουτσούκ, γυαλί και αέρας είναι όλα παραδείγματα μονωτικών υλικών. Το κενό είναι επίσης ένας μονωτήρας, αλλά δεν είναι υλικό με την παραδοσιακή έννοια. Η μόνωση χρησιμοποιείται για την προστασία της πλειοψηφίας των ηλεκτρικών αγωγών. Το σύρμα μαγνήτη καλύπτεται με ένα εξαιρετικά λεπτό στρώμα μόνωσης για να επιτρέπεται η χρήση περισσότερων στροφών ή μεγαλύτερου σύρματος στην περιέλιξη μετασχηματιστών και άλλων παρόμοιων συσκευών. Οι μονωτές παρέχουν υποστήριξη για ηλεκτρικούς αγωγούς ή/και εμποδίζουν την ανεπιθύμητη επαφή μεταξύ τους.

Σημαντικά χαρακτηριστικά των μονωτών

Πρώτα και κύρια, τα ηλεκτρόνια της ζώνης σθένους σε έναν μονωτή είναι στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους. Δεν είναι σε θέση να μεταφέρουν ηλεκτρισμό επειδή δεν έχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια.

Η ηλεκτρική αντίσταση είναι η ικανότητα ενός υλικού να εμποδίζει το ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει μέσα από αυτό, κάτι που αποτελεί ιδιότητα αυτού του υλικού. Η ειδική αντίσταση ενός μονωτή ορίζεται ως η αντίσταση ενός μονωτή ανά μονάδα επιφάνειας διατομής ανά μονάδα μήκους. Οι μονωτήρες έχουν εξαιρετικά υψηλή αντοχή σε σύγκριση με άλλα υλικά. Διαπιστώθηκε ότι η αντίσταση ενός μονωτή μειώνεται σημαντικά όταν εκτίθεται σε υγρασία ή όταν η θερμοκρασία αυξάνεται.

Οι μονωτές έχουν υψηλή διηλεκτρική αντοχή, που είναι η τρίτη ιδιότητά τους. Αυτό ορίζεται ως το μεγαλύτερο ηλεκτρικό πεδίο που μπορεί να αντέξει ένας μονωτήρας χωρίς να υποστεί ηλεκτρική βλάβη και να μετατραπεί σε αγώγιμο υλικό.

Επειδή ο ίδιος ο αέρας είναι μονωτής, οι καλοί μονωτές έχουν υψηλή διαπερατότητα αέρα (την ικανότητα μιας ουσίας να επιτρέπει στον αέρα να περάσει μέσα από τους πόρους της).

Μερικές απεικονίσεις μονωτών

Ηλεκτρικοί μονωτές

Τα υλικά που λειτουργούν ως ηλεκτρικοί μονωτές είναι εκείνα που δεν επιτρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια να περάσει μέσα από αυτά. Τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να κινηθούν μέσω ηλεκτρικών μονωτών, σε αντίθεση με τους ηλεκτρικούς αγωγούς, που επιτρέπουν στον ηλεκτρισμό να ρέει ελεύθερα. Οι ηλεκτρικοί μονωτές διαθέτουν ομοιοπολικούς δεσμούς, οι οποίοι απαγορεύουν τη διέλευση ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια στα υλικά μονωτή είναι πιο ασφαλή συνδεδεμένα με τα άτομά τους από τα ηλεκτρόνια σε υλικά ηλεκτρικών αγωγών, τα οποία είναι κυρίως μέταλλα όπως ο άργυρος και ο χαλκός. Τα υλικά μόνωσης είναι επίσης πιο ανθεκτικά στο ηλεκτρικό ρεύμα από τα υλικά ηλεκτρικών αγωγών.

Fiberglass

Μεταξύ των μονωτικών υλικών, το fiberglass είναι ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα. Είναι κατασκευασμένο από ίνες γυαλιού και πλαστικό που έχουν υφανθεί μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα επίπεδο φύλλο. Όταν το υαλοβάμβακα χρησιμοποιείται ως ηλεκτρική μόνωση, γενικά είναι σφιχτά πλεγμένο γύρω από καλώδια υψηλής τάσης και αγωγούς καλωδίων για να παρέχει μια σφιχτή στεγανοποίηση. Τα καλώδια από υαλοβάμβακα χρησιμοποιούνται σε μεγάλο αριθμό συσκευών υψηλής θερμοκρασίας, συμπεριλαμβανομένων των φούρνων και των κλιβάνων.

Γυαλί

Οι μικροσκοπικές ίνες γυαλιού χρησιμοποιούνται για την κατασκευή υαλοβάμβακα, αλλά το ίδιο το γυαλί μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μονωτής σε ορισμένες περιπτώσεις. Το κεραμικό και το υαλοβάμβακα χρησιμοποιούνταν προηγουμένως ως ηλεκτρικοί μονωτές σε τηλεφωνικές γραμμές και γραμμές ηλεκτρικού ρεύματος, αλλά το γυαλί ήταν μια κοινή επιλογή πριν αυτά τα νεότερα υλικά γίνουν προσβάσιμα. Αντί να βρίσκετε μονωτήρες γυαλιού στην κανονική ζωή, είναι πιο πιθανό να τους ανακαλύψετε σε καταστήματα με αντίκες αυτές τις μέρες.

Λάδι

Το μονωτικό λάδι, το οποίο είναι επίσης γνωστό ως αλλαγή λαδιού, έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Μεταξύ των προϊόντων που το περιέχουν είναι μετασχηματιστές με λάδι, διακόπτες και διακόπτες υψηλής τάσης, πυκνωτές και λαμπτήρες φθορισμού. Το λάδι μετασχηματισμού πρέπει να αντικατασταθεί πριν αποσυντεθεί, αλλά είναι ένας σχετικά σταθερός ηλεκτρικός μονωτήρας μακροπρόθεσμα.

Χαρτί

Η φυσική περιεκτικότητα του χαρτιού σε κυτταρίνη το καθιστά ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό ηλεκτρικό μονωτικό. Πολλοί πρώιμοι ηλεκτρολογικός εξοπλισμός κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας χαρτόνι, γνωστό και ως πιεστήριο, το οποίο αποτελείται από πολλαπλά στρώματα ξηρού χαρτιού. Αργότερα τα ηλεκτρικά και τα τηλεφωνικά καλώδια μονώθηκαν συχνά με χοντρό χαρτί, αν και πολλές εταιρείες επιλέγουν τώρα να χρησιμοποιούν πλαστική μόνωση αντί για χαρτί για να εξοικονομήσουν χρήματα.

Πλαστικό

Η ηλεκτρική μόνωση από πλαστικό είναι ένας από τους πιο συχνά χρησιμοποιούμενους τύπους μόνωσης. Μια κοινή εφαρμογή για αυτό είναι η μόνωση σύρματος (ειδικά PVC ή χλωριούχο πολυβινύλιο), η οποία βρίσκεται σε αυτοκίνητα, επιχειρηματικές κατασκευές και κτίρια κατοικιών. Το PVC και άλλοι τύποι πλαστικής μόνωσης μπορούν επίσης να βρεθούν σε ηλεκτρικά στρώματα και επένδυση, καθώς και σε ηλεκτρικούς αγωγούς. Το πλαστικό χρησιμοποιείται συχνά για την αντικατάσταση της φθαρμένης μόνωσης από καουτσούκ σε κτίρια.

Θερμομονωτές

Αρκετοί ηλεκτρικοί μονωτές έχουν επίσης θερμομονωτικές ιδιότητες, πράγμα που σημαίνει ότι δεν επιτρέπουν στη θερμική ενέργεια να ταξιδέψει μέσω των ομοιοπολικών δεσμών τους, καθώς και σε άλλους τύπους ενέργειας. Τα ακόλουθα είναι παραδείγματα τέτοιων υλικών:

Αέρας – Όταν ντύνεστε με βαριά ρούχα, ο αέρας παγιδεύεται στο δέρμα σας. Ο αέρας κρέμεται από τη θερμότητα αντί να τον μεταφέρει, κάτι που σας βοηθά να ζεσταθείτε στο χειμερινό σας παλτό.

Κεραμικές κούπες – Το αγαπημένο σας φλιτζάνι καφέ ή κακάο είναι πιθανότατα μια κεραμική κούπα από κεραμικό. Αυτό πιθανότατα οφείλεται στο γεγονός ότι διατηρεί το ποτό σας ωραίο και ζεστό για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.

Βαμβάκι – Το ξηρό βαμβάκι είναι ένας φανταστικός μονωτήρας θερμότητας, ειδικά σε ψυχρότερα κλίματα. Ωστόσο, αν έχετε βιώσει ποτέ την ταλαιπωρία του να φοράτε βρεγμένο τζιν τον χειμώνα, ξέρετε ότι η θερμομόνωση δεν είναι πλέον αποτελεσματική! Εκτός από την αποτροπή της θερμομόνωσης, το βρεγμένο βαμβάκι λειτουργεί και ως αγωγός θερμότητας.

Στους τοίχους των περισσότερων σύγχρονων σπιτιών υπάρχει ένα αφράτο ροζ κάλυμμα από υαλοβάμβακα, που δίνει στο σπίτι τη χαρακτηριστική του εμφάνιση. Το Fiberglass είναι ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό θερμομονωτικό, ικανό να συγκρατεί τη θερμότητα που παράγεται από ολόκληρα δωμάτια ή ολόκληρα σπίτια.

Η χρήση σωστά σχεδιασμένων παραθύρων μπορεί να σας βοηθήσει να διατηρήσετε το σπίτι δροσερό σε μια ζεστή μέρα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το γυαλί είναι καλός θερμομονωτικός, που σημαίνει ότι εμποδίζει τη διέλευση της θερμότητας.

Οι θερμομονωτικές ιδιότητες του πλαστικού αφρού, όπως αυτές που βρίσκονται στα κύπελλα από φελιζόλ που χρησιμοποιούνται για ζεστά ροφήματα, είναι καλά τεκμηριωμένες. Διατηρεί τη θερμότητα που περιέχεται στη μία πλευρά (στο ποτό) και την εμποδίζει να διαφύγει από την άλλη (το χέρι σας).

Συμπέρασμα

Διάφοροι τύποι υλικών χρησιμοποιούνται ως ηλεκτρικοί μονωτές, με την επιλογή του καταλληλότερου υλικού με βάση κυρίως τις ατομικές ανάγκες κάθε εφαρμογής.

Τα υαλοβάμβακα, ο φελλός και ο πετροβάμβακας είναι παραδείγματα θερμομονωτικών υλικών. Ο πετροβάμβακας είναι ένας ορυκτοβάμβακας που σχηματίζεται με την εμφύσηση ενός πίδακα ατμού μέσω λιωμένου πυριτικού βράχου ή ασβεστόλιθου, ή μέσω σκωρίας, για τη δημιουργία ορυκτού μαλλιού. Αυτές και άλλες ουσίες με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα επιβραδύνουν τον ρυθμό με τον οποίο η θερμότητα περνά μέσα από αυτές. Διασπούν το κανάλι ροής θερμότητας λόγω της αδιαφάνειάς τους στην ακτινοβολούμενη θερμότητα και του μεγάλου αριθμού κενών αέρα μεταξύ τους.