Alacsony tisztaellenállású és magas vezetőképességű anyagok: Áttekintés

Alacsony áramerőtlenségű vagy magas vezetőképességű anyagok olyan anyagok, amelyek könnyen engedik át az elektromos áramot. Ezek az anyagok nagyon hasznosak a elektrotechnikai mérnöki alkalmazásokban, mint például elektromos gépek, berendezések és eszközök gyártása. Használják őket számos fajta tegye készítésére, amelyek elektromos gépekben, berendezésekben és eszközökben szükségesek. Továbbá, használják őket vezetőként az elektromos energia továbbításában és elosztásában.

Alacsony áramerőtlenségű vagy magas vezetőképességű anyagok tulajdonságai

A következő tulajdonságok kívánatosak alacsony áramerőtlenségű vagy magas vezetőképességű anyagokban:

• A lehető legmagasabb vezetőképesség (ideálisan nulla). Ez azt jelenti, hogy az anyag minimális ellenállást mutat az elektromos áramnak, így minimalizálja a teljesítményveszteséget és a hőtermelést.

• A lehető legkisebb ellenállás hőmérsékleti együtthatója (ideálisan nulla). Ez azt jelenti, hogy az anyag ellenállása nem változik jelentősen a hőmérséklettel, így stabil teljesítményt biztosít széles hőmérsékleti tartományban.

• Magas olvadáspont. Ez azt jelenti, hogy az anyag magas hőmérsékleteknél is megőrzi formáját és vezetőképességét.

• Magas mechanikai erősség. Ez azt jelenti, hogy az anyag ellenáll a deformálódásnak, töréseknek vagy súrlódásnak a mechanikai terhelés vagy teher hatására.

• Magas nyúlhatóság. Ez azt jelenti, hogy az anyag drótokba vagy más alakzatokba húzható, anélkül hogy megfagy vagy megszakadna.

• Magas rostingátlathatóság (oxidációmentes). Ez azt jelenti, hogy az anyag nem reagál az oxigénnel vagy más anyagokkal a környezetben, így megőrzi vezetőképességét és kinézetét.

• Szerelhetőség. Ez azt jelenti, hogy az anyag könnyen szerelhető, hogy csatlakoztassa a vezetőket vagy más komponenseket.

• Alacsony költség. Ez azt jelenti, hogy az anyag megfizethető és széles körben elérhető.

• Hosszú élettartam vagy tartóság. Ez azt jelenti, hogy az anyag nem romlik vagy romlik le idővel, így megőrzi minőségét és teljesítményét.

• Magas rugalmasság. Ez azt jelenti, hogy az anyag hajlítható vagy forgatható, anélkül hogy megfagy vagy elveszítené vezetőképességét.

A fenti tulajdonságok változnak annak függvényében, hogy milyen célra használják az anyagot. Például, néhány alkalmazásban magasabb vezetőképességre van szükség, mint másokban, míg másokban magasabb mechanikai erősségre van szükség, mint másokban.

Az anyagok áramerőtlenségét vagy vezetőképességét befolyásoló tényezők

Az anyagok áramerőtlensége vagy vezetőképessége több tényezőtől függ, mint például:

• Az anyag típusa. Különböző anyagok különböző atomi szerkezetekkel és elektronkonfigurációkkal rendelkeznek, ami befolyásolja, hogy mennyire könnyen mozoghatnak az elektronok rajtuk. Általában, a fémdarabok alacsonyabb áramerőtlenséggel rendelkeznek, mint a nem-fémek, mert a fémdarabok szabad elektronokkal rendelkeznek, amelyek elektromos áramot vihetnek, míg a nem-fémek szorosan rögzített elektronokkal rendelkeznek, amelyek ellenállnak az elektromos áramnak.

• Az anyag tiszta minősége. Bármilyen tisztasági hiányosság, fém vagy nem-fém, növeli a fémek áramerőtlenségét. Még egy alacsony áramerőtlenségű tisztasági hiányosság is növeli a fém áramerőtlenségét. A háttértani ok, hogy a csekély tisztasági hiányosság hibákat hoz létre a kristályrácsban, ami zavarja az elektronok áramlását a fémekben. Ezért, a tiszta fémek alacsonyabb áramerőtlenséggel rendelkeznek, mint az ötvözetek vagy vegyületek.

• Az anyag hőmérséklete. A legtöbb anyag áramerőtlensége növekszik a hőmérséklettel, mert a magasabb hőmérséklet okoz több rezgést a atomokban, ami zavarja az elektronok mozgását. Azonban, néhány anyag, mint például a fémszemiek, alacsonyabb áramerőtlenséggel rendelkeznek magasabb hőmérsékleten, mert a magasabb hőmérséklet növeli a szabad elektronok számát, amelyek konduktívak.

• Az anyag alakja és mérete. Az anyag áramerőtlensége egy belső tulajdonság, amely nem függ alakjától és méretétől. Azonban, a vezető ellenállása függ alakjától és méretétől, mert az ellenállás arányos a hosszával és fordítottan arányos a keretszélességgel. Így, a hosszabb és vékonyabb vezetők magasabb ellenállással rendelkeznek, mint a rövidebb és vastagabbak.

Alacsony áramerőtlenségű vagy magas vezetőképességű anyagok példái

Néhány példa alacsony áramerőtlenségű vagy magas vezetőképességű anyagra:

Ezüst (Ag)

Az ezüst a legjobb elektromos vezető, az összes fém között. Rendszeres hőmérsékleten a legmagasabb vezetőképességű és legalacsonyabb áramerőtlenségű anyag. Formálható, hajtható, ragyogó, és szerelhető. Az ezüst fő hátránya, hogy nagyon drága, ami korlátozza gyakorlati használatát elektromos gépekben és berendezésekben. Azonban, még mindig használják kiváltságos berendezésekben, ahol a költség nem számít, mint például a kutatásban.

Tulajdonságok:

• Áramerőtlenség: 1,58 µΩ-cm

• Ellenállás hőmérsékleti együtthatója 20°C-on: 0,0038/°C

• Olvadáspont: 962°C

• Súlyarány: 10,49 g/cm³

Réz (Cu)

A réz a leggyakrabban használt magas vezetőképességű anyag, elektromos gépek és berendezések vezetőként. Rendszeres hőmérsékleten a réz jól formálható, hajtható, ragyogó, és szerelhető. A tiszta réz jól vezeti az áramot, de a szabványos minőségű réz vezetőképessége csökken a tisztasági hiányosságok miatt.

Tulajdonságok:

• Áramerőtlenség: 1,68 µΩ-cm

• Ellenállás hőmérsékleti együtthatója 20°C-on: 0,00386/°C

• Olvadáspont: 1085°C