Aislante
Un aislante es un material como el caucho, el vidrio, la madera o el aire que resiste el flujo de calor o corriente eléctrica a través de él.
Definition
Un aislante es un material que bloquea el paso fácil del calor o la electricidad, como el caucho, el plástico, la madera, el vidrio o la lana, y el aire atrapado es uno de los mejores aislantes, por eso las chamarras de plumón, la espuma, y las ventanas de doble panel funcionan atrapando pequeños bolsillos de aire quieto. Los aislantes térmicos frenan la conducción porque sus partículas transfieren energía deficientemente, mientras que los aislantes eléctricos tienen electrones fuertemente ligados a los átomos así que la carga no puede fluir; un buen aislante térmico suele ser también un buen aislante eléctrico, aunque no siempre. En la teoría de bandas, un aislante eléctrico tiene una banda de valencia llena separada de una banda de conducción vacía por una brecha de energía grande, típicamente por encima de $3\ \text{eV}$, así que la energía térmica no puede promover electrones a estados conductores, dando resistividades por encima de unos $10^{8}\ \Omega\cdot\text{m}$ frente a $10^{-8}$ para los metales; todo aislante se rompe con una intensidad de campo suficientemente alta, unos $3 \times 10^6\ \text{V/m}$ para el aire, que es lo que aprovechan los rayos y las bujías.
Example
El recubrimiento de plástico en un cable mantiene la electricidad adentro, y una taza de espuma mantiene caliente el chocolate y fresca tu mano. La fibra de vidrio tiene una conductividad térmica de unos $0.04\ \text{W/(m}\cdot\text{K)}$ frente a los $400$ del cobre, así que el cobre conduce el calor unas $10{,}000$ veces mejor, y una pared de fibra de vidrio de $0.1\ \text{m}$ deja pasar aproximadamente tanto calor como lo haría una pared de cobre de $1{,}000\ \text{m}$ de grosor. Una pared de $0.15\ \text{m}$ de grosor con $k = 0.04\ \text{W/(m}\cdot\text{K)}$ y área de $20\ \text{m}^2$ que separa $21^\circ\text{C}$ del interior de $-4^\circ\text{C}$ del exterior pierde $\dot{Q} = 0.04 \times 20 \times 25 / 0.15 \approx 133\ \text{W}$, pero quitar el aislamiento y dejar $0.15\ \text{m}$ de ladrillo ($k \approx 0.7$) eleva eso a unos $2{,}330\ \text{W}$.
Key Insight
Los aislantes no detienen el calor, lo frenan: una casa bien aislada sigue perdiendo calor todo el invierno, solo que lo suficientemente despacio como para que una caldera pueda seguirle el ritmo. El mejor aislante práctico es el vacío, que elimina por completo la conducción y la convección, y los aerogeles se acercan a eso atrapando aire en poros más pequeños que el camino libre medio de las moléculas de aire.