Tieteessä, a kapellimestari on materiaali, joka sallii energian virtauksen. Materiaali, joka sallii varautuneiden hiukkasten virtauksen, on sähköjohdin. Lämpöjohdin tai lämpöjohdin on materiaali, joka mahdollistaa lämpöenergian siirron. Vaikka sähkönjohtavuus ja lämmönjohtavuus ovat yleisimpiä, muun tyyppinen energia voidaan siirtää. Esimerkiksi materiaali, joka mahdollistaa äänen kulkemisen, on ääni (akustinen) johdin (äänenjohtavuus liittyy nestevirtaukseen tekniikassa).
Kapellimestari vs. eriste
Samalla kun johdin siirtää energiaa, eriste hidastaa tai pysäyttää sen kulun. Jotkut materiaalit voivat olla sekä johdin että eriste samanaikaisesti erilaisille energiamuodoille. Esimerkiksi useimmat timantit johtavat lämpöä poikkeuksellisen hyvin, mutta ne ovat kuitenkin sähköeristeitä. Metallit johtavat lämpöä, sähköä ja ääntä.
Sähköjohtimet
Sähköjohtimet välittävät sähkövarauksen yhteen tai useampaan suuntaan. Mikä tahansa varautunut hiukkanen voi kuitenkin siirtyä, koska elektronit ympäröivät atomeja, kun taas protonit sitoutuvat yleensä ytimeen, elektronien liikkuvuus on paljon yleisempää kuin protonien. Joko positiivinen tai negatiivinen varaus
ionit voi myös siirtää maksua, kuten merivedessä. Varatut subatomiset hiukkaset voivat myös liikkua tiettyjen materiaalien läpi.Se, kuinka hyvin tietty materiaali sallii varausvirran, riippuu paitsi sen koostumuksesta, myös mitoista. Paksu kuparilanka on parempi johdin kuin ohut; lyhyt johdin johtaa paremmin kuin pitkä. Vastustamista varausvirtaan kutsutaan sähkövastus. Suurin osa metalleista on sähköjohtimia.
Joitakin esimerkkejä erinomaisista sähköjohtimista ovat:
- Hopea
- Kulta
- Kupari
- meriveden
- Teräs
- Grafiitti
Esimerkkejä sähköeristeistä ovat:
- Lasi
- Useimmat muovit
- Puhdas vesi
Lämpöjohtimet
Useimmat metallit ovat myös erinomaisia lämmönjohtimia. Lämmönjohtavuus on lämmönsiirtoa. Tämä tapahtuu, kun subatomiset hiukkaset, atomit tai molekyylit kasvaavat kineettinen energia ja törmäävät keskenään.
Lämmönjohtavuus liikkuu aina korkeimmasta matalimpaan (kuumasta kylmään) suuntaan ja riippuu paitsi materiaalin luonteesta myös niiden välisestä lämpötilaerosta. Vaikka lämmönjohtavuus esiintyy kaikissa aineen tiloissa, se on suurin kiinteissä aineissa, koska hiukkaset pakataan tiiviimmin toisiinsa kuin nesteisiin tai kaasuihin.
Esimerkkejä hyvistä lämmönjohtimista ovat:
- Teräs
- elohopea
- betoni
- Graniitti
Esimerkkejä lämpöeristeistä ovat:
- Villa
- Silkki
- Useimmat muovit
- Eristys
- Höyhenet
- ilma
- vesi
Äänijohtimet
Äänen siirtyminen materiaalin läpi riippuu aineen tiheydestä, koska ääniaaltojen kuljettamiseen tarvitaan väliaine. Joten korkeamman tiheyden aineet ovat parempia äänenjohtajia kuin pienitiheyksiset materiaalit. Tyhjiö ei voi siirtää ääntä ollenkaan.
Esimerkkejä hyvistä äänenjohtajista ovat:
- Johtaa
- Teräs
- betoni
Esimerkkejä huonoista äänenjohtajista ovat:
- Höyhenet
- ilma
- Pahvi