目次 †
絶縁体 vs 半導体 vs 導体 †
絶縁体（絶縁物） †
- 電流の流れにくい物質。
- 絶縁体に電圧を加えたときに、まったく電流が流れないわけではない。きわめてわずかな電流が流れる。その電流のことを漏れ電流という。
- 絶縁体について、加えた電圧をそのときに流れた漏れ電流でわったものを絶縁抵抗という。ただし、導体の場合は加えた電圧に関係なく抵抗の値は一定だが、絶縁体では加えた電圧が大きいほど抵抗値はいくらかずつ小さくなる。
- 100Vで使う電線や器具を100Vよりも小さい電圧、例えば6Vなどの電圧を使って絶縁抵抗値を求めても、その結果を利用することができない。
- 比抵抗、即ち単位cm当たりの抵抗が常温（25℃）で108[Ωcm]以上あるもの。
- 硬く、透明な物質が多い。
- 絶縁体が湿気を帯びると、絶縁体としての働きが悪くなる。
半導体 †
- 半導体とは導体と絶縁体の中間のものである。中間の性格を持つわけだが、導体と半導体を組み合わせて作れるわけではない。
- 比抵抗が10-4〜108[Ωcm]のもの。
導体（良導体・金属） †
- 電気をよく通す物質
- 比抵抗が最大10-4[Ωcm]程度のもの。
- 一般に軟らかく不透明な物質である。
絶縁体と導体の具体例 †
導体とは電気を通すもの、不導体（絶縁体）とは電気を通さないものである。
導体と絶縁体の代表例は次の通りである。
- 導体
- 絶縁体
- ビニール
- ポリエチレン
- 紙
- 空気
- 一般的に通さないとする。なぜならば、電子が原子の束縛から自由になれない点と、電子の動きが空気中の酸素や窒素の分子に邪魔されるからである。電子が空気中を1cm進む間に、その電子は空気中の分子と3万回も衝突するとされている。
- 高電圧である雷は通る。
- ガラス
- 雲母【うんも】
- ゴム
- 乾いた木材
- 純粋な水
- プラスチック
- 磁器
- 陶器
- 油
- など
例：アマチュア無線3級では次の問題が頻出である。
次のものは、導体、半導体および絶縁体の順に並べたものである。誤っているのはどれか。
（1）アルミニウム−シリコン−大地
（2）鉛−亜酸化銅−空気
（3）銅−セレン−雲母
（4）銀−ゲルマニウム−油
答えは（1）。 ◇
導体と絶縁体の自由電子の関係 †
- 導体
- 導体の中には自由電子がたくさんあって、電圧をかけると電子が流れる。|
- 絶縁体
- 絶縁体の中には自由電子がなく、電子は原子に繋ぎとめられているため、電圧をかけても電子はそのままである。
- ただし、絶縁体でも、大きな電圧をかけると、電子が自由電子になることもある。
耐圧と絶縁抵抗 †
絶縁物は電気を通さないところに使うものであるが、異常に高い電圧を加えると電気は通します。ただし、導体に電気を加えた場合と異なり、焼けて壊れてしまう。
そのため、絶縁に使うものは何Vまでの電圧を加えてもよいということが決められている。これを耐圧または電圧規格という。
また、耐性より低い電圧の場合でも、絶縁物を通って小さな電流が流れることがある。これはある意味抵抗があるのと同等なので、絶縁抵抗という。
絶縁抵抗が高くても低い電圧で壊れるものがあり、また絶縁抵抗が低くても高い電圧に耐えるものもある。耐圧と絶縁抵抗の違いをはっきり理解しておくこと。
絶縁抵抗の技術基準 †
屋内配線や使用器具の絶縁抵抗が小さいということは、使用状態において流れる漏れ電流が大きいということである。漏れ電流は流れどころが悪かったならば、発熱のために火災を起こる原因になったり、人を感電させたりする事故の原因になる。よって、絶縁抵抗値はできるだけ大きくないとならない。
そのために、これよりも小さくなってはいけないという値が技術基準に次の通り定められている。
| 対地電圧 | 最低の絶縁抵抗値 |
| 150V以下 | 0.1MΩ |
| 300V以下 | 0.2MΩ |
| 300以上 | 0.4MΩ |
絶縁抵抗は元々極めて大きい抵抗値を持つので、MΩ（メガオーム）という単位を使う。
[補講]150V以下のときは0.1MΩ、その後は2倍ずつになると覚えればよい。
絶縁抵抗の計測 †
低圧屋内電路と大地間の絶縁抵抗の計測 †
1：電源の開閉器をすべて開放（OFF）にして、電球などのすべての器具を接続（ON）にする。
電源の開閉器をOFFにする理由としては、ONのまま絶縁抵抗計を接続してしまうとショートしてしまうからである。
電球などの負荷を接続するのは、負荷自体の絶縁不良があった場合に、それも同時に検出できるからである。
2：分岐開閉器（負荷へ分かれていく配線にある開閉器）のスイッチを閉じる（ON）。
なぜならば開閉器よりも先のところで絶縁の悪いところがあった場合、開閉器を閉じていなければその部分に電圧がかからず、漏れ電流が流れないので、その分だけ全体の漏れ電流が小さく計られてしまい、そのため絶縁抵抗値が実際よりも大きく出てしまい正確な値が得られないからである。
3：絶縁抵抗計（メガー）で測定する。
低圧屋内電路間の絶縁抵抗の測定 †
1：電源の開閉器をすべて開放（OFF）にして、電球などのすべての器具を取り外す（無球）。
電流などの負荷を取り外すのは、負荷などの何らかの器具が接続されているとそれにより線間が接続状態になってしまい、絶縁抵抗が測れないからである。
2：分岐開閉器（負荷へ分かれていく配線にある開閉器）のスイッチを閉じる（ON）。
3：絶縁抵抗計（メガー）で測定する。
導体と絶縁体の判定回路 †
電子ブロックminiによる導体と不導体の判定1 †
ブロック配置図
- LEDの点灯で導体か不導体かを判定する回路である。
- 調べたい対象にはリード線を接触させる。
- LEDが点灯すれば導体、LEDが点灯しなければ不導体である。
- 導体であっても抵抗値が大きい場合は、LEDは点灯しない。
- 例えば、人体の皮膚は数十MΩと抵抗値が大きいため、この回路ではLEDが点灯せず不導体と判定されてしまう。
電子ブロックminiによる導体と不導体の判定2 †
ブロック配置図
回路図
- 上記の判定1の方法では、人体の抵抗は大きいため、LEDが付かない、または非常に弱い光になる。
- この回路ではトランジスタによって電流が約150倍に増幅されるため、LEDが明るく付く。
- トランジスタはベース（B）に流れるわずかな電流で、コレクタ-エミッタ（C-E）間に大きな電流を流すことができる。
- ベースに流す電流を少しずつ増やしていくと、コレクタ-エミッタ間に流れる電流も同時に増えていく。
- ベースからエミッタに流すわずかな電流で、コレクタ-エミッタ間のトランジスタの抵抗が大変小さくなるので、結果的に大きな電流が流れるのである。
参考文献 †
- 『ズバリ出る4級アマチュア無線問題集 '92〜'93』
- 『第4級ハム国試 要点マスター2005』
- 『第3級ハム国試 要点マスター』
- 『ビギナーズ・トランジスター読本』
- 『図解雑学 電子回路』
- 『図解雑学 半導体』
- 『高校数学でわかるシュレーディンガー方程式』
- 『イラストで電気のことがわかる本』
- 『図解雑学 量子力学』
- 『基礎からの電気工事士受験入門 第二種・筆記試験』
- 『大人の科学magazine Vol.32』
