Ниска резистивност и висока проводимост: Общ преглед
Материал с ниска резистивност или висока проводимост се дефинира като материал, който позволява електрически ток лесно да протече през него. Тези материали са много полезни в електротехниката за производство на електрически машини, оборудване и устройства. Те се използват също като проводници за всевъзможни обмотки, необходими за електрическите машини, апаратура и устройства. Освен това те се използват като проводници при пренос и разпределение на електрическа енергия.
Свойства на материалите с ниска резистивност или висока проводимост
Следните свойства са желани за материали с ниска резистивност или висока проводимост:
Възможно най-висока проводимост (идеално нула). Това означава, че материалът предлага минимална резистивност към електрическия ток и по този начин минимизира загубата на мощност и генерирането на топлина.
Възможно най-нисък температурен коефициент на резистивност (идеално нула). Това означава, че резистивността на материала не се променя значително с температурата и по този начин поддържа стабилна работна характеристика в широк диапазон от температури.
Висока точка на топене. Това означава, че материалът може да издържа високи температури без да губи формата или проводимостта си.
Висока механична устойчивост. Това означава, че материалът може да устои на деформация, разцепяване или износ при механично напрежение или товар.
Висока пластичност. Това означава, че материалът може да бъде изваден в жици или други форми без да се скъса или тресне.
Висока корозионна устойчивост (без окисление). Това означава, че материалът не реагира с кислород или други вещества в околната среда и по този начин запазва проводимостта и вида си.
Паяемост. Това означава, че материалът може лесно да бъде спаян за свързване на проводниците или закачане на други компоненти.
Ниска цена. Това означава, че материалът е достъпен и широко наличен.
Дълъг живот или дълговечност. Това означава, че материалът не се деградира или влошава с времето и по този начин запазва качеството и работната характеристика.
Висока гъвкавост. Това означава, че материалът може да се изкриви или завие без да се скъса или губи проводимостта си.
По-горепосочените свойства се изменят в зависимост от целта, за която се използва материалът. Например, някои приложения могат да изискват по-висока проводимост от други, докато някои могат да изискват по-висока механична устойчивост от други.
Фактори, влияещи върху резистивността или проводимостта на материалите
Резистивността или проводимостта на материал зависи от няколко фактора, такива като:
Тип на материал. Различните материали имат различни атомни структури и конфигурации на електроните, които влияят на това колко лесно електроните могат да се движат през тях. Обикновено металите имат по-ниска резистивност от неметалите, тъй като металите имат свободни електрони, които могат да пренасят електрически ток, докато неметалите имат строго свързани електрони, които противодействат на електрическия ток.
Чистота на материала. Всяко замърсяване, дали метално или неметално, увеличава резистивността на металите. Даже замърсяване с ниска резистивност ще увеличи резистивността на метала. Причината зад това е, че добавянето на малко замърсяване създава недостатъци в кристалната решетка, които разстройват потока на електроните през металите. Следователно, чистите металите имат по-ниска резистивност от легирани материали или съединения.
Температурата на материала. Резистивността на повечето материали се увеличава с температурата, тъй като по-високата температура причинява повече вибрации в атомите, които се пречат на движението на електроните. Въпреки това, някои материали, като полупроводниците, имат по-ниска резистивност при по-високи температури, тъй като по-високата температура увеличава броя на свободните електрони, налични за проводимост.
Форма и размер на материала. Резистивността на материала е интринзично свойство, което не зависи от формата и размера му. Въпреки това, резистивността на проводника зависи от формата и размера му, тъй като резистивността е пропорционална на дължината и обратнопропорционална на поперечното сечение. Следователно, по-дълги и по-тънки проводници имат по-висока резистивност от по-къси и по-дебели.
Примери за материали с ниска резистивност или висока проводимост
Някои примери за материали с ниска резистивност или висока проводимост са:
Сребро (Ag)
Среброто е най-добрият проводник на електричество сред всички метали. То има най-високата проводимост и най-ниската резистивност сред всички материали при стайна температура. То е също така обработяемо, сваряемо, пластично, корозионно устойчиво и паяемо. Главният недостатък на среброто е, че е много скъпо, което ограничава неговото практически използване в електрическите машини и оборудване. Въпреки това, то все още се използва в скъпи прибори, използвани за научни цели, където цената не е проблем.
Свойства:
Резистивност: 1,58 µΩ-cm
Температурен коефициент на резистивност при 20°C: 0,0038/°C
Точка на топене: 962°C
Специфична тегловност: 10,49 g/cm³
Мед (Cu)
Медта е най-широко използваният материал с висока проводимост като проводник за електрически машини и оборудване. Тя има отлична обработяемост, сваряемост, паяемост, пластичност, корозионна устойчивост и гъвкавост. Медта в чист вид има добра проводимост, но проводимостта на стандартната мед се намалява поради наличието на замърсявания.
Свойства:
Резистивност:
