Nízkoodporové a vysokoprovodivé materiály: Přehled
Materiál s nízkou elektrickou vodivostí nebo s vysokou vodivostí je definován jako materiál, který umožňuje snadný průchod elektrického proudu. Tyto materiály jsou velmi užitečné v elektrotechnice pro výrobu elektrických strojů, zařízení a přístrojů. Používají se také jako vodiče pro různé typy zaklínání potřebné v elektrických strojích, zařízeních a přístrojích. Kromě toho se používají jako vodiče pro přenos a distribuci elektrické energie.
Vlastnosti materiálů s nízkou vodivostí nebo vysokou vodivostí
Následující vlastnosti jsou žádoucí u materiálů s nízkou vodivostí nebo vysokou vodivostí:
Co nejvyšší možná vodivost (ideálně nulová). To znamená, že materiál nabízí minimální odpor k elektrickému proudu a tím minimalizuje ztrátu energie a tepelné zdrojení.
Co nejnižší možný teplotní koeficient odporu (ideálně nulový). To znamená, že odpor materiálu se výrazně nemění s teplotou a tím udržuje stabilní výkon v širokém rozmezí teplot.
Vysoký bod tavení. To znamená, že materiál může odolat vysokým teplotám bez ztráty tvaru nebo vodivosti.
Vysoká mechanická pevnost. To znamená, že materiál může odolat deformaci, trhlině nebo opotřebení pod mechanickým zatížením nebo nákladem.
Vysoká tažnost. To znamená, že materiál lze táhnout do drátů nebo jiných tvarů bez porušení nebo trhlin.
Vysoká odolnost proti korozi (bez oxidace). To znamená, že materiál nereaguje s kyslíkem nebo jinými látkami v prostředí a tím zachovává svou vodivost a vzhled.
Svařitelnost. To znamená, že materiál lze snadno spájet pro spojení vodičů nebo připojení jiných komponent.
Nízké náklady. To znamená, že materiál je cenově dostupný a široce dostupný.
Dlouhá životnost nebo trvanlivost. To znamená, že materiál se neznehodnocuje nebo nezhoršuje s časem a tím udržuje svou kvalitu a výkon.
Vysoká pružnost. To znamená, že materiál lze ohýbat nebo točit bez porušení nebo ztráty vodivosti.
Uvedené vlastnosti se liší v závislosti na účelu, pro který se materiál používá. Například některé aplikace mohou vyžadovat vyšší vodivost než jiné, zatímco některé mohou vyžadovat vyšší mechanickou pevnost než jiné.
Faktory ovlivňující vodivost nebo elektrickou vodivost materiálů
Elektrická vodivost nebo vodivost materiálu závisí na několika faktorech, jako jsou:
Typ materiálu. Různé materiály mají různé atomové struktury a elektronové konfigurace, což ovlivňuje, jak snadno elektrony mohou projít. Obecně mají kovy nižší vodivost než netrvací materiály, protože kovy mají volné elektrony, které mohou nést elektrický proud, zatímco netrvací materiály mají pevně vázané elektrony, které brání elektrickému proudu.
Čistota materiálu. Jakákoli nečistota, zda kovová nebo netrvací, zvyšuje vodivost kovů. I nečistota s nízkou vodivostí zvýší vodivost kovu. Důvodem je, že přidání malé množství nečistot vytváří nedokonalosti v krystalické mřížce, které ruší tok elektronů skrz kovy. Proto mají čisté kovy nižší vodivost než slitiny nebo sloučeniny.
Teplota materiálu. Vodivost většiny materiálů roste s teplotou, protože vyšší teplota způsobuje více vibrací v atómech, což ruší pohyb elektronů. Nicméně, některé materiály, jako jsou polovodiče, mají nižší vodivost při vyšších teplotách, protože vyšší teplota zvyšuje počet volných elektronů k dispozici pro vedení.
Tvar a rozměry materiálu. Vodivost materiálu je intrinzická vlastnost, která nezávisí na jeho tvaru a rozměrech. Nicméně, odpor vodiče závisí na jeho tvaru a rozměrech, protože odpor je úměrný délce a nepřímo úměrný ploše řezu. Tedy delší a tenčí vodiče mají vyšší odpor než kratší a tlustší.
Příklady materiálů s nízkou vodivostí nebo vysokou vodivostí
Některé příklady materiálů s nízkou vodivostí nebo vysokou vodivostí jsou:
Stříbro (Ag)
Stříbro je nejlepším vodičem elektrického proudu mezi všemi kovy. Má nejvyšší vodivost a nejnižší vodivost ze všech materiálů při pokojové teplotě. Je také kujný, svařitelný, tažný, odolný vůči korozi a lze ho spojovat pájením. Hlavní nevýhoda stříbra spočívá v tom, že je velmi drahé, což omezuje jeho praktické použití v elektrických strojích a zařízeních. Nicméně, stále se používá v cenných přístrojích používaných pro výzkum, kde cena nehrává roli.
Vlastnosti:
Vodivost: 1,58 µΩ-cm
Teplotní koeficient odporu při 20°C: 0,0038/°C
Bod tavení: 962°C
Specifická hmotnost: 10,49 g/cm³
Měď (Cu)
Měď je nejrozšířenějším materiálem s vysokou vodivostí používaným jako vodič pro elektrické stroje a zařízení. Má vynikající kujnost, svařitelnost, spojitelnost pájením, tažnost, odolnost vůči korozi a pružnost. Čistá měď má dobré vodivost, ale vodivost standardní kvality mědi je snížena kvůli přítomnosti nečistot.
Vlastnosti:
Vodivost: 1,68 µΩ-cm
Teplotní koeficient odporu při 20°C: 0,00386/°C
