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絶縁体とはどのような物質?絶縁体のなかには意外なものも

投稿日:2017-11-09 更新日:2018-11-27

絶縁体とはどのような物質?絶縁体のなかには意外なものも

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絶縁体とは、電流を通しにくい、あるいは通さない物質のことを指しています。絶縁体はゴムやプラスチックなどが該当しており、コンセントをはじめとしたさまざまな電子機器に活用されているのです。ただし、絶縁体が耐えられないほどの大きな電流が流れた場合、「絶縁破壊」が発生して絶縁体が破損してしまいます。

電気が必要不可欠となっている現代は、さまざまなところで絶縁体が活躍しています。絶縁体として利用されているもののなかには、意外なものもあったりするのです。

今回は絶縁体の特徴について、導体や半導体との違いや具体的な物質とあわせてご紹介します。

なぜ絶縁体は電気を通さない?

電気を通さない物質のことを一般的に絶縁体といいます。では、電気を通さないということはどういうことを指すのでしょうか。。

電気を通すか通さないかということは、その物質に含まれている自由電子の数によって決まります。なお、金属の場合は自由電子のことを伝導電子と呼ぶこともあります。
絶縁体とはその自由電子の数が少ない物質のことを指します。

このことから絶縁体は高い電圧を流さないと電子が動かないため、電気抵抗が非常に強い物質となっています。

『導体』『半導体』とは?

絶縁体とは電気を通さない物質のことを指しますが、導体や半導体はどのようなものなのでしょうか。
電気を通す物質を「導体」といい「半導体」は少し特殊で導体と絶縁体の中間に位置しています。
 
 

導体

 導体は電気設備の分野では、ケーブルや導線の芯の部分に多く使われます。導体は自由電子の数が多く、主に銅や鉄、アルミニウム、金、銀などの金属は多く当てはまります。しかし、金属ではないものの、鉛筆やシャープペンの芯の主成分である黒鉛はよく電気を通します。
 
 電気抵抗が少ないものほど導体として良質なものとして分類されます。その点で銀は良質な導体として精密機器に利用されています。しかし、高価なほか希少な金属のため金などと同様にレアメタルとして近年知られています。一般に使われるのは銀の次に導体としての性質がよい銅の場合が多く、送電線などでは軽いアルミニウムなども使われます。
       『導体』『半導体』とは?

半導体

 半導体は温度によって導体にも半導体にも変化するもので、LED照明などに利用されることもあります。

 半導体として有名なのはシリコンです。シリコンは温度が低い状態だと固体になり絶縁体になります。しかし温度が上昇すると自由電子が機能するため導体になります。シリコンは元々電気を通しにくい物質ですが、ほかの物質と混ぜ合わせることにより半導体になるようです。

絶縁性能の限界

絶縁体は電圧の限界なく絶縁できるといった万能なものではありません。絶縁体にも電圧を防ぐことのできる限界があります。

絶縁破壊

絶縁破壊は、導体同士の電流の流れを妨げている絶縁体が破壊されて、絶縁状態を保てなくなるという現象です。電子回路などにおいてみられることもあります。

絶縁体が耐えることのできる電圧以上に高い電圧が流れてしまったときや、工事の設計ミスなどで絶縁体が破壊されてしまったときに発生します。

ちなみに雷は高い電圧によって空気中への絶縁状態が破壊されて強い光と熱をともなって大地に向かって強い電流が流れてしまう現象です。

絶縁耐力

絶縁耐力は絶縁体や絶縁空間となっているところの絶縁破壊が起こらない限界の力を指します。絶縁耐力を超えて高い電圧が絶縁体に流れた場合、絶縁破壊が起こりさまざまな影響が出ます。

絶縁体の種類や材料

絶縁体とは電気の流れを遮断するものですが、絶縁体には一般的に知られているもののほかに意外な物質も含まれています。

・ゴム
 (エボナイトというゴムは硬質で合成樹脂として有名です。静電気の実験などではエボナイトが多く使われます。)
・ガラス
・プラスチック
・木
・紙
・油
・純水
 (純水は不純物が含まれない場合、絶縁体として分類されます。)
      絶縁体の種類や材料

送電線は絶縁されている?

絶縁体は、その種類も多くあり電線などでは被覆材として使われることもあります。
しかし多くの送電線はどのようなかたちで絶縁しているのでしょうか。

送電線は一般家庭に電力を届けるために必要なものですが、「万が一触れてしまったら感電してしまい大変なことになる」ということを聞いたことはありませんか?

送電線は非常に高い電圧が流れており、その電圧は数十万ボルトにも及ぶといわれています。そのため、送電線に絶縁体で絶縁措置をしたとしてもあまり効果はありません。
送電線の場合は人や大地から十分な距離をとることで安全を確保しています。空気を絶縁体としており、送電線どうしも互いが触れないよう距離をとっています。

しかし、空気を絶縁体とするといっても限度があります。送電線に限度を超えた電圧がかかると空気での絶縁状態が破壊されるため、安全な電圧の均衡を保つことが大切です。

まとめ

絶縁体とは電気の流れを遮断するという特性をもつものですが、そのような性質にも限界があります。しかし、現代において絶縁体は人を守るほか電気回路を正しく機能させるために必要なものです。絶縁体の特徴を理解し正しく使用することが電気工事において大切かもしれません。

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この記事を書いた人
編集者:たくぞう
家電の新製品と旧式の違いを発見することが特技。特技が高じて人に伝えたいという思いにいたり、ライターの道を目指すきっかけとなった。家電や電気工事関連の記事を担当。

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