پارازیتی کم و مواد با رسانایی بالا: مروری بر این موضوع
کم رسانایی یا مواد با رسانایی بالا به عنوان موادی تعریف میشوند که اجازه میدهند جریان الکتریکی به راحتی از آنها عبور کند. این مواد در مهندسی برق برای ساخت دستگاهها، تجهیزات و دستگاههای الکتریکی بسیار مفید هستند. آنها همچنین به عنوان رساناها برای انواع مختلف پیچشها مورد نیاز در دستگاهها، تجهیزات و دستگاههای الکتریکی استفاده میشوند. علاوه بر این، آنها به عنوان رساناها در انتقال و توزیع انرژی الکتریکی استفاده میشوند.
ویژگیهای مواد با کم رسانایی یا رسانایی بالا
ویژگیهای زیر در مواد با کم رسانایی یا رسانایی بالا مطلوب هستند:
رسانایی بالاترین ممکن (به طور مثالي صفر). اين به معناست که ماده مقاومت کمی به جريان الکتريکي ايجاد میکند و بنابراين تلفات قدرت و توليد حرارت را کاهش میدهد.
کمترین ضریب دمايی مقاومت ممکن (به طور مثالي صفر). اين به معناست که مقاومت ماده با تغيير دما اختلاف زيادي ندارد و بنابراين عملکرد پايداری در محدوده گستردهای از دماها دارد.
نقطه ذوب بالا. اين به معناست که ماده میتواند دماهای بالا را تحمل کند بدون اينکه شکل يا رسانايی خود را از دست بدهد.
مقاومت مکانيكي بالا. اين به معناست که ماده میتواند تغییر شکل، شکست یا فرسودگی را تحت تنش یا بار مکانیکی مقاومت کند.
آهنگی بالا. اين به معناست که ماده میتواند به سیم یا اشکال دیگر کشیده شود بدون اینکه بشکند یا ترک بخورد.
مقاومت بالا در برابر فرسودگی (آزاد از اکسیداسیون). اين به معناست که ماده با اکسیژن یا مواد دیگر در محیط واکنش نمیدهد و بنابراین رسانایی و ظاهر خود را حفظ میکند.
قابلیت لحیمکاری. اين به معناست که ماده میتواند به راحتی لحیمکاری شود تا رساناها را به هم متصل کند یا اجزای دیگر را به آن متصل کند.
هزینه کم. اين به معناست که ماده قابل تحمل و به طور گسترده در دسترس است.
عمر طولانی یا دوام. اين به معناست که ماده با گذشت زمان تخریب یا تضعیف نمییابد و بنابراین کیفیت و عملکرد خود را حفظ میکند.
انعطافپذیری بالا. اين به معناست که ماده میتواند خم یا پیچش یابد بدون اینکه بشکند یا رسانایی خود را از دست بدهد.
ویژگیهای فوق با توجه به هدفی که ماده برای آن استفاده میشود متفاوت است. به عنوان مثال، برخی کاربردها ممکن است رسانایی بالاتری نسبت به دیگران نیاز داشته باشند، در حالی که برخی ممکن است مقاومت مکانیکی بالاتری نیاز داشته باشند.
عوامل مؤثر بر رسانایی یا مقاومت مواد
رسانایی یا مقاومت یک ماده به چندین عامل بستگی دارد، مانند:
نوع ماده. مواد مختلف ساختار اتمی و ترتیب الکترونی متفاوتی دارند که تعیین میکنند که الکترونها چقدر به راحتی میتوانند از آنها عبور کنند. عموماً فلزات مقاومت کمتری نسبت به غیرفلزات دارند زیرا فلزات الکترونهای آزادی دارند که میتوانند جریان الکتریکی را منتقل کنند، در حالی که غیرفلزات الکترونهایی چسبیده دارند که مقاومت به جریان الکتریکی میکنند.
نرمی ماده. هر نوع آلودگی، چه فلزی یا غیرفلزی، مقاومت فلزات را افزایش میدهد. حتی آلودگی با مقاومت کم نیز مقاومت فلز را افزایش میدهد. دلیل این امر این است که افزودن آلودگی کمی نقصانهایی در شبکه بلوری ایجاد میکند که جریان الکترونها را در فلزات مختل میکند. بنابراین، فلزات خالص مقاومت کمتری نسبت به آلیاژها یا ترکیبات دارند.
دمای ماده. مقاومت بیشتر مواد با افزایش دما افزایش مییابد زیرا دما بالاتر باعث ارتعاشات بیشتر در اتمها میشود که با حرکت الکترونها مداخله میکند. با این حال، برخی مواد مانند نیمهرساناها در دماهای بالاتر مقاومت کمتری دارند زیرا دما بالاتر تعداد الکترونهای آزاد موجود برای رسانایی را افزایش میدهد.
شکل و اندازه ماده. مقاومت یک ماده یک ویژگی ذاتی است که به شکل و اندازه آن بستگی ندارد. با این حال، مقاومت یک رسانا به شکل و اندازه آن بستگی دارد زیرا مقاومت متناسب با طول و نسبت عکس با مساحت مقطع است. بنابراین، رساناها با طول بیشتر و ضخامت کمتر مقاومت بیشتری نسبت به رساناها با طول کمتر و ضخامت بیشتر دارند.
نمونههایی از مواد با کم رسانایی یا رسانایی بالا
برخی نمونههای مواد با کم رسانایی یا رسانایی بالا عبارتند از:
نقره (Ag)
نقره بهترین رسانا الکتریکی در میان تمام فلزات است. این ماده بالاترین رسانایی و کمترین مقاومت را در میان تمام مواد در دمای اتاق دارد. این ماده همچنین قابل تغییر شکل، جوشکاری، کشیدن، مقاوم در برابر فرسودگی و لحیمکاری است. معضل اصلی نقره این است که بسیار گران است که محدودیتهایی برای استفاده عملی آن در دستگاهها و تجهیزات الکتریکی ایجاد میکند. با این حال، هنوز در تجهیزات گرانقیمت مورد استفاده در تحقیقات استفاده میشود که هزینه مهم نیست.
ویژگیها:
مقاومت: ۱.۵۸ میکروام-سانتیمتر
ضریب دمايی مقاومت در ۲۰ درجه سانتیگراد: ۰.۰۰۳۸/درجه سانتیگراد
نقطه ذوب: ۹۶۲ درجه سانتیگراد
چگالی: ۱۰.۴۹ گرم بر سانتیمتر مکعب
مس (Cu)
مس بیشترین استفاده رسانایی بالا را به عنوان رسانا در دستگاهها و تجهیزات الکتریکی دارد. این ماده قابل تغییر شکل، جوشکاری، لحیمکاری، کشیدن، مقاوم در برابر فرسودگی و انعطافپذیری خوبی دارد. مس در شکل خالص رسانایی خوبی دارد، اما رسانایی مس استاندارد به دلیل وجود آلودگیها کاهش مییابد.
ویژگیها:
مقاومت: ۱.۶۸ میکروام-سانتیمتر
ضریب دمايی مقاومت در ۲۰ درجه سانتیگراد: ۰.۰۰۳۸۶/درجه سانتیگراد
