導体と絶縁体、半導体。それぞれの違いや身近な例をわかりやすく解説！

導体と絶縁体とは

導体とは

導体とは、電気を通しやすい物質のことです。特に金属の導体では正の電荷を持つ金属イオンと、多くの自由電子で構成されています。

自由電子とは、原子の中にある電子のうち、特定の原子に強く束縛されず、物質の中を自由に動き回ることができる電子のことを指します。電池や発電機によって電圧が加わると、自由電子は一定方向へ移動し始めます。この電子の流れが電流です。

なお、同じ導体であっても、自由電子の動きやすさによって、電気の流れやすさは異なります。自由電子が多く、移動しやすいほど電気抵抗が小さくなり、電気が流れやすくなるのです。

身近な導体には、銅やアルミニウム、銀、金、鉄があります。とくに銅は電気を流しやすく、加工もしやすいため、電線や配線材料に広く利用されています。

身近な導体一覧

絶縁体とは

絶縁体とは、電気をほとんど通さない物質のことで、不導体とも言われています。絶縁体は自由電子が少ないため、電流が流れにくい仕組みになっています。

代表的な絶縁体として、ゴム、プラスチック、ガラス、陶器、乾いた木材などがあります。これらは電気が流れにくいため、感電や漏電を防ぐために利用されています。

身近な絶縁体一覧

導体と絶縁体の間には“半導体”がある

半導体（はんどうたい）とは、導体と絶縁体の中間的な性質を持つ物質のことで、条件によって電気を通したり通さなかったりできる特殊な性質を持っています。電気の流れをコントロールできる性質を利用して、現代ではスマートフォンやパソコン、テレビ、エアコンなど、多くの電子機器に使用されています。

半導体を利用したもっとも代表的な電子部品のひとつがトランジスタです。トランジスタは微弱な電気信号を使って電流を増幅したり、電流を流したり止めたりすることができます。

半導体は電気の流れを制御しやすい材料です。この性質を利用して作られたトランジスタは、電気のON・OFFを切り替えるスイッチとして働きます。コンピューターは、このスイッチを毎秒何十億回も切り替えながら計算を行っています。そして、そのトランジスタを大量に集めて作られたものがIC（集積回路）です。CPUやメモリもICの一種で、現代の電子機器の頭脳として活躍しています。

導体と半導体と絶縁体の違い一覧

絶縁体と誘電体

誘電体とは、電界（電気の力が働く空間）を加えると、内部で電気的な偏り（分極）が生じる物質のことです。もっと噛み砕いて説明すると、電気は流さないけど電気を溜めることができるのが誘電体です。コンデンサが電気を蓄えられるのは、この誘電体の性質によるものです。絶縁体も電気を通さないという共通点がありますが、それぞれ性質は異なります。

電線は導体と絶縁体の組み合わせ

電気を流す「導体」と、電気を漏らさないための「絶縁体」を組み合わせて作られています。もし導体だけで電線を作った場合、電気が周囲に漏れたり、人が触れた際に感電したりする危険があります。そのため、導体の周囲を絶縁体で覆い、安全に電気を運べる構造になっています。

もし、銅線のみがむき出しになっていたら、人が触れることで感電したり、電線同士が接触してショートしたり、火災の原因になったりするなど、多くの危険が伴います。電気を安心・安全に利用するためには絶縁体が欠かせないのです。

しかし、絶縁体は永久的に性能を保てるわけではないため、電線に使用されている絶縁体は紫外線や熱、湿気、摩擦や傷、経年劣化などにより、ひび割れや破損が起きる場合があります。そのため、定期的に電線の絶縁抵抗測定が行われ、絶縁性能を確認しているのです。

一番身近な家庭用電線の中身

VVFケーブルは、住宅やアパートなどの屋内配線で広く使用されている電線です。コンセントやスイッチ、照明器具などへ電気を送る役割を担っており、私たちの暮らしに欠かせない存在となっています。

銅線（導体）、ビニル絶縁体（絶縁体）、ビニルシース（外装）で構成されており、導体を絶縁体で包み、さらにその外側を保護被覆で覆うことで、安全性と耐久性を高めています。

絶縁体でも電気を通すことがある

絶縁体は「電気を通さない物質」として知られていますが、まったく電気を通さないわけではありません。正確には、絶縁体は「電気を非常に通しにくい物質」です。そのため、通常の使用環境ではほとんど電流が流れませんが、条件によっては電気を通すことがあります。

水分や汚れによって電気を通しやすくなる

絶縁体の表面に水分や汚れが付着すると、電気が流れやすくなることがあります。例を挙げると、濡れた木材や雨に濡れたゴム手袋、湿気を含んだ絶縁材料、汚れたコンセントや電気設備 などは、本来よりも絶縁性能が低下します。

とくに水道水にはミネラルやイオンが含まれているため、電気を通しやすいため、濡れた手でコンセントや電気製品に触れることは非常に危険です。

高い電圧が加わったとき

絶縁体には電圧に耐えられる限界があるため、その限界を超える高い電圧が加わると、絶縁体が突然電気を通してしまうことがあります。これを絶縁破壊と言います。絶縁破壊が起こると、火花が発生したり、電流が一気に流れたり、火災につながる危険があります。

絶縁破壊の身近な例が雷です。普段、空気は優れた絶縁体であり、電気をほとんど通しません。しかし、雷雲と地面の間に非常に高い電圧が発生すると、空気の絶縁性能が限界を超えます。すると空気が絶縁破壊を起こし、大量の電流が一気に流れます。これが雷の正体です。つまり、普段は絶縁体である空気も、条件によっては導体のように振る舞うため注意が必要です。

まとめ

導体・絶縁体・半導体は、電気を安全かつ効率的に利用するために欠かせない材料です。電線やコンセント、スマートフォン、パソコンなど、私たちの生活を支えるあらゆる電気機器には、それぞれの特性をうまく活用して製品に組み込まれています。この記事を通じて、電気を「流す」「通さない」「制御する」という仕組みを理解し、身近な電気製品への興味を深めるきっかけにしていただければ幸いです。

太さが変わると電気の性質も変わるの？電線の太さはどう決まるの？電線に関する疑問を解説！

日常で使用する電気は、電線によって私たちの家庭に届けられています。電線にはどんな種類があるのか太さや長さによって性質は変わるのか、どのようにして電線の太さ…