בידוד חשמלי

מוליך חשמלי מנחושת שהבידוד שלו (לבן) נחשף

מערך בידוד המפריד בין קו מתח גבוה לעמוד החשמל הנושא אותו. מבודדים כאלו עשויים בדרך כלל זכוכית ומונעים את מעבר הזרם דרך עמוד החשמל, העשוי מתכת, אל האדמה.

במערכת חשמלית, מַבְדֵד (הקרוי בלשון הדיבור "מבוֹ‏דֵד") הוא כל רכיב שרמת המוליכות שלו נמוכה מאוד וכתוצאה מכך הזרם דרכו קטן מאוד.

במציאות לא קיימים מבדדים מושלמים, אך קיימים חומרים בעלי מוליכות חשמלית קטנה פי 10²³ מהמוליכות החשמלית של נחושת, במקרים רבים מוליכות חשמלית כזו נחשבת לאפסית. מוליכותו של האוויר נמוכה, והוא מהווה מבדד טוב. חרף זאת, מתחים גדולים מאוד מסוגלים לפרוץ את האוויר ויש צורך בחומרים שמוליכותם נמוכה יותר.

חומרים מבודדים כמו פלסטיק, גומי, בד או נייר משמשים להגנה על מוליכים חשמליים על ידי עטיפתם, והעטיפה מכונה "בידוד". חשמלאים משתמשים בסרט בידוד על מנת לבודד מגעים חשמליים.

מבדדים על גבי עמוד חשמל

מבודד אידיאלי, הוא חומר שלא מגיב כלל לשדה מגנטי, ומתנגד לחלוטין לשטף של המטען החשמלי. אמנם, במציאות, מבודדים אידיאליים אינם קיימים. לכן, חומרים בעלי קבועי בידוד גבוהים נחשבים למבודדים. בחומרים מבודדים, האלקטרונים קשורים בצורה חזקה מאוד לאטום. חומרים אלו משמשים בציוד חשמלי כמבודדים, או כבידוד. תפקידם הוא לחזק או להפריד מוליכים חשמליים, בלי לאפשר לזרם לעבור דרכם. חומרים מסוימים כמו זכוכית, נייר או טפלון, הם מבודדים טובים. ישנם חומרים רבים, שלמרות שיש להם התנגדות קטנה יותר משל חומרים אלו, עדיין נחשבים למבודדים טובים, ומשמשים בתור מבודדים לחוטי חשמל. דוגמאות לכ הם פולימרים דמויי גומי, ורוב החומרים הפלסטיים. חומרים אלו יכולים לשמש כמבודדים בטוחים למתחים נמוכים, או בינוניים (מאות, או אפילו אלפי וולטים).

פיסיקת ההולכה בחומר מוצק

בידוד חשמלי הוא ההעדר של הולכה חשמלית. על פי תאוריית מבנה הפסים, לכל אטום בחומר מסויים, יש מספר רמות אנרגיה, שבהן יכולים להימצא אלקטרונים. אלקטרון ברמות האנרגיה הנמוכות (קרובות יותר לאטום) אינו יכול להשתחרר מהאטום, ולכן אינו יכול לסייע בהולכה חשמלית. רק אלקטרונים שברמות האנרגיה הגבוהות מסייעים להולכה. בחומר מבודד, יש פער בין רמות האנרגיה הנמוכות, לבין רמות האנרגיה הגבוהות. ב"פער" זה, אלקטרונים לא יכולים להתקיים. לכל חומר מבודד יש מתח שבירה. מתח זה ישחרר אלקטרון מהרמות הנמוכות, ויעביר אותו לרמות הגבוהות. כאשר מתח זה מופעל על החומר, החומר מפסיק להתנהג כמבודד, וזרם חשמלי יוכל לעבור דרכו.

חומרים שאין בהם אלקטרונים חופשיים הם מבודדים רק אם אין מטענים חשמליים חופשיים נוספים. לדוגמה, אם בנוזל או בגז יש יונים, היונים יכולים לשמש בתור זרם חשמלי, וחומר זה יהיה מוליך. אלקטרוליטיים ופלסמות מכילים יונים, וישמשו בתור מוליכים, אפילו אם אין בהם זרמים של אלקטרונים.

חומרים מקובלים למבדדים

• חרסינה
• פלסטיק
• שעם
• עץ
• זכוכית
• סיליקון
• גומי

חומר דיאלקטרי

ערך מורחב – חומר דיאלקטרי

בפיזיקה, לעתים משתמשים במונח דיאלקטרן או חומר דיאלקטרי לציון חומר מבודד, במקרה בו חשוב המקדם הדיאלקטרי או מקדם השבירה של החומר.