绝缘体
jué yuán tǐ
绝缘体是一种阻止热或电流轻易通过的材料，例如橡胶、塑料、木材、玻璃或空气。
Definition
绝缘体是一种阻止热量或电流轻易通过的材料，例如橡胶、塑料、木材、玻璃或羊毛，而被封闭的空气是最好的绝缘体之一，这正是羽绒服、泡沫和双层玻璃窗都靠封住一个个微小静止空气袋来发挥作用的原因。热绝缘体因粒子传递能量的能力差而减慢传导，而电绝缘体的电子被牢牢束缚在原子上，使电荷无法流动；一种良好的热绝缘体通常也是良好的电绝缘体，但并非总是如此。在能带理论中，电绝缘体的价带是填满的，与空的导带之间隔着一条很大的能隙，通常超过 $3\ \text{eV}$，因此热能无法把电子激发到导电状态，电阻率高于约 $10^{8}\ \Omega\cdot\text{m}$，而金属只有 $10^{-8}$；每一种绝缘体在足够高的场强下都会被击穿，空气约为 $3 \times 10^6\ \text{V/m}$，这正是闪电和火花塞所利用的现象。
Example
电线外的塑料包层把电流限制在内部，泡沫杯让热巧克力保持温暖，也让你的手保持凉爽。玻璃纤维的热导率约为 $0.04\ \text{W/(m}\cdot\text{K)}$，而铜是 $400$，因此铜导热的能力大约是玻璃纤维的 $10{,}000$ 倍，一堵 $0.1\ \text{m}$ 厚的玻璃纤维墙传递的热量，大致相当于一堵 $1{,}000\ \text{m}$ 厚的铜墙。一堵厚 $0.15\ \text{m}$、$k = 0.04\ \text{W/(m}\cdot\text{K)}$、面积 $20\ \text{m}^2$ 的墙，把 $21^\circ\text{C}$ 的室内与 $-4^\circ\text{C}$ 的室外隔开，损失的热量为 $\dot{Q} = 0.04 \times 20 \times 25 / 0.15 \approx 133\ \text{W}$，但去掉隔热层、只留下 $0.15\ \text{m}$ 厚的砖墙（$k \approx 0.7$）会把这个数值提高到约 $2{,}330\ \text{W}$。
Key Insight
绝缘体并不能阻止热量传递，只能减慢它：一栋隔热良好的房子整个冬天仍在散失热量，只是慢到炉子能够跟得上而已。最好的实用绝缘体是真空，它完全消除了传导和对流，气凝胶通过把空气封在比空气分子平均自由程还小的孔隙中，接近于达到这种效果。