مواد ذات مقاومة منخفضة وпроводية عالية: نظرة عامة
مادة ذات مقاومة منخفضة أو موصلية عالية تُعرَّف بأنها مادة تسمح بمرور تيار كهربائي بسهولة عبرها. هذه المواد مفيدة جداً في الهندسة الكهربائية لتصنيع الآلات والتجهيزات والأجهزة الكهربائية. كما تستخدم كموصلات لكل أنواع اللفائف المطلوبة في الآلات والأجهزة الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم كموصلات في نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية.
خصائص المواد ذات المقاومة المنخفضة أو الموصلية العالية
الخصائص التالية مرغوبة في المواد ذات المقاومة المنخفضة أو الموصلية العالية:
أعلى قدر ممكن من الموصلية (مثاليًا صفر). هذا يعني أن المادة توفر أقل مقاومة للتيار الكهربائي وبالتالي تقلل من فقدان الطاقة وتكوين الحرارة.
أقل معامل مقاومة ممكن للحرارة (مثاليًا صفر). هذا يعني أن مقاومة المادة لا تتغير بشكل كبير مع درجة الحرارة وبالتالي تحافظ على أداء مستقر على مدى نطاق واسع من درجات الحرارة.
نقطة انصهار عالية. هذا يعني أن المادة يمكنها تحمل درجات حرارة عالية دون فقدان شكلها أو موصليتها.
قوة ميكانيكية عالية. هذا يعني أن المادة يمكنها مقاومة التشوه والتآكل تحت الضغط الميكانيكي أو الحمل.
مرونة عالية. هذا يعني أن المادة يمكن سحبها إلى أسلاك أو أشكال أخرى دون الانكسار أو التشقق.
مقاومة عالية للتآكل (خالية من الأكسدة). هذا يعني أن المادة لا تتفاعل مع الأكسجين أو المواد الأخرى في البيئة وبالتالي تحافظ على موصليتها ومظهرها.
قابلية للحام. هذا يعني أن المادة يمكن لحامها بسهولة لربط الموصلات أو توصيل المكونات الأخرى.
تكلفة منخفضة. هذا يعني أن المادة ميسورة التكلفة ومتوفرة على نطاق واسع.
حياة طويلة أو متانة عالية. هذا يعني أن المادة لا تتأثر أو تتدهور مع مرور الوقت وبالتالي تحافظ على جودتها وأدائها.
مرونة عالية. هذا يعني أن المادة يمكن ثنيها أو تواءها دون الانكسار أو فقدان موصليتها.
تختلف هذه الخصائص حسب الغرض الذي تستخدم فيه المادة. على سبيل المثال، قد تتطلب بعض التطبيقات موصلية أعلى من غيرها، بينما قد تتطلب بعض التطبيقات قوة ميكانيكية أعلى من غيرها.
العوامل المؤثرة على مقاومة أو موصلية المواد
تعتمد مقاومة أو موصلية المادة على عدة عوامل، مثل:
نوع المادة. لدي المواد المختلفة بنى ذرية وإلكترونية مختلفة، مما يؤثر على سهولة حركة الإلكترونات خلالها. عموماً، تتميز المعادن بمقاومة أقل من المواد غير المعدنية لأن المعادن تحتوي على إلكترونات حرة يمكنها حمل التيار الكهربائي، بينما تحتوي المواد غير المعدنية على إلكترونات مربوطة بإحكام تقاوم التيار الكهربائي.
نقاء المادة. أي شوائب، سواء كانت معدنية أو غير معدنية، تزيد من مقاومة المعادن. حتى الشوائب ذات المقاومة المنخفضة ستزيد من مقاومة المعادن. السبب وراء ذلك هو أن إضافة الشوائب البسيطة تخلق عيوبًا في الشبكة البلورية، مما يزعج حركة الإلكترونات عبر المعادن. لذلك، تتميز المعادن النقية بمقاومة أقل من السبائك أو المركبات.
درجة حرارة المادة. تزداد مقاومة معظم المواد مع الارتفاع في درجة الحرارة لأن درجة الحرارة المرتفعة تسبب المزيد من الاهتزازات في الذرات، مما يعيق حركة الإلكترونات. ومع ذلك، فإن بعض المواد، مثل المواد شبه الموصلة، تتميز بمقاومة أقل عند درجات الحرارة المرتفعة لأن الارتفاع في درجة الحرارة يزيد عدد الإلكترونات الحرة المتاحة للحمل.
شكل وحجم المادة. تعتبر مقاومة المادة خاصية داخلية لا تعتمد على شكلها وحجمها. ومع ذلك، تعتمد مقاومة الموصل على شكله وحجمه لأن المقاومة تناسب طوله وتناسب عكسياً مع مساحة المقطع العرضي. لذا، فإن الموصلات الطويلة والنحيفة تتميز بمقاومة أعلى من الموصلات القصيرة والسميكة.
أمثلة على المواد ذات المقاومة المنخفضة أو الموصلية العالية
بعض الأمثلة على المواد ذات المقاومة المنخفضة أو الموصلية العالية هي:
الفضة (Ag)
تعتبر الفضة أفضل موصل كهربائي بين جميع المعادن. وهي تتميز بأعلى موصلية وأقل مقاومة بين جميع المواد في درجة حرارة الغرفة. كما أنها مطاوعة، قابلة للحام، مرونة، مقاومة للتآكل، وقابلة للحام. العيب الرئيسي للفضة هو أنها غالية الثمن، مما يحد من استخدامها العملي في الآلات والمعدات الكهربائية. ومع ذلك، لا تزال تستخدم في المعدات الثمينة المستخدمة للبحث حيث لا يهم التكلفة.
الخصائص:
المقاومة: 1.58 ميكرو أوم-سم
معامل مقاومة الحرارة عند 20 درجة مئوية: 0.0038/درجة مئوية
نقطة الانصهار: 962 درجة مئوية
الكثافة النوعية: 10.49 غ/سم³
النحاس (Cu)
يعتبر النحاس الأكثر استخدامًا كمادة موصلة عالية في الآلات والمعدات الكهربائية. فهو يتميز بمرونة عالية، قابلية للحام، قابلية للحام، مرونة، مقاومة للتآكل، ومرونة. النحاس النقي يتمتع بموصلية جيدة، ولكن الموصلية للنحاس القياسي تقل بسبب وجود الشوائب.
الخصائص:
المقاومة: 1.68 ميكرو أوم-سم
معامل مقاومة الحرارة عند 20 درجة مئوية: 0.00386/درجة مئوية
نقطة الانصهار: 1085 درجة مئوية
الكثافة النوعية: 8.96 غ/سم³
الذهب (Au)
الذهب هو معدن ثمين وغالي الثمن يتمتع بموصلية جيدة. يعتبر الذهب أكثر المعادن مرونة وقابلية للسحب ويمكن سحبه إلى أسلاك رقيقة جداً دون الانكسار. كما أنه مقاوم للتآكل وقابل للحام. بسبب تكلفته العالية، يكون استخدامه العملي محدوداً للمعدات الثمينة المستخدمة للبحث أو الزينة.
الخصائص:
