Bahan Rendah Resistiviti dan Tinggi Konduktiviti: Gambaran Keseluruhan
Bahan dengan kekutuban rendah atau konduktiviti tinggi ditakrifkan sebagai bahan yang membolehkan arus elektrik mengalir mudah melaluinya. Bahan-bahan ini sangat berguna dalam kejuruteraan elektrik untuk pembuatan mesin, peralatan, dan peranti elektrik. Mereka juga digunakan sebagai penghantar untuk pelbagai jenis lilitan yang diperlukan dalam mesin, alat, dan peranti elektrik. Selain itu, mereka digunakan sebagai penghantar dalam penghantaran dan pengedaran tenaga elektrik.
Ciri-ciri Bahan dengan Kekutuban Rendah atau Konduktiviti Tinggi
Ciri-ciri berikut diingini dalam bahan dengan kekutuban rendah atau konduktiviti tinggi:
Konduktiviti tertinggi yang mungkin (idealnya sifar). Ini bermaksud bahan tersebut menawarkan rintangan minimal kepada arus elektrik dan seterusnya mengurangkan kehilangan kuasa dan penjanaan haba.
Pekali suhu rintangan terendah yang mungkin (idealnya sifar). Ini bermaksud rintangan bahan tersebut tidak berubah secara signifikan dengan suhu dan seterusnya mengekalkan prestasi yang stabil dalam julat suhu yang luas.
Titik lebur tinggi. Ini bermaksud bahan tersebut boleh menanggung suhu tinggi tanpa kehilangan bentuk atau konduktiviti.
Kekuatan mekanikal tinggi. Ini bermaksud bahan tersebut boleh menolak pemotongan, patah, atau kerusakan di bawah tekanan atau beban mekanikal.
Duktiliti tinggi. Ini bermaksud bahan tersebut boleh dibentuk menjadi wayar atau bentuk lain tanpa patah atau retak.
Ketahanan korosi tinggi (bebas dari oksidasi). Ini bermaksud bahan tersebut tidak bertindak balas dengan oksigen atau bahan lain dalam persekitaran dan seterusnya mengekalkan konduktiviti dan penampilannya.
Solderabiliti. Ini bermaksud bahan tersebut boleh disolder dengan mudah untuk menyambung penghantar atau melekat komponen lain.
Harga rendah. Ini bermaksud bahan tersebut murah dan tersedia secara meluas.
Umur panjang atau ketahanan. Ini bermaksud bahan tersebut tidak merosot atau merosak seiring waktu dan seterusnya mengekalkan kualitas dan prestasinya.
Kelenturan tinggi. Ini bermaksud bahan tersebut boleh dibengkokkan atau diputar tanpa patah atau kehilangan konduktivitinya.
Ciri-ciri di atas berbeza bergantung pada tujuan penggunaan bahan tersebut. Sebagai contoh, beberapa aplikasi mungkin memerlukan konduktiviti yang lebih tinggi daripada yang lain, manakala beberapa mungkin memerlukan kekuatan mekanikal yang lebih tinggi daripada yang lain.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kekutuban atau Konduktiviti Bahan
Kekutuban atau konduktiviti bahan bergantung pada beberapa faktor, seperti:
Jenis bahan. Bahan yang berbeza mempunyai struktur atom dan konfigurasi elektron yang berbeza, yang mempengaruhi seberapa mudah elektron dapat bergerak melaluinya. Secara umum, logam mempunyai kekutuban yang lebih rendah daripada bukan-logam kerana logam mempunyai elektron bebas yang boleh membawa arus elektrik, manakala bukan-logam mempunyai elektron yang terikat rapat yang menolak arus elektrik.
Kesucian bahan. Sebarang pencemaran, sama ada logam atau bukan-logam, meningkatkan kekutuban logam. Walaupun pencemaran dengan kekutuban rendah akan meningkatkan kekutuban logam. Sebab di sebalik ini adalah penambahan sedikit pencemaran mencipta cacat dalam rangka kristal, yang mengganggu aliran elektron melalui logam. Oleh itu, logam murni mempunyai kekutuban yang lebih rendah daripada paduan atau kompaun.
Suhu bahan. Kekutuban kebanyakan bahan meningkat dengan suhu kerana suhu yang lebih tinggi menyebabkan getaran yang lebih banyak dalam atom, yang mengganggu pergerakan elektron. Namun, beberapa bahan, seperti semikonduktor, mempunyai kekutuban yang lebih rendah pada suhu yang lebih tinggi kerana suhu yang lebih tinggi meningkatkan bilangan elektron bebas yang tersedia untuk penghantaran.
Bentuk dan saiz bahan. Kekutuban bahan adalah sifat intrinsik yang tidak bergantung pada bentuk dan saiznya. Walau bagaimanapun, rintangan penghantar bergantung pada bentuk dan saiz kerana rintangan berkadar dengan panjang dan berbanding songsang dengan kawasan rentas. Oleh itu, penghantar yang lebih panjang dan lebih nipis mempunyai rintangan yang lebih tinggi daripada yang lebih pendek dan lebih tebal.
Contoh Bahan dengan Kekutuban Rendah atau Konduktiviti Tinggi
Beberapa contoh bahan dengan kekutuban rendah atau konduktiviti tinggi adalah:
Perak (Ag)
Perak adalah penghantar elektrik terbaik di antara semua logam. Ia mempunyai konduktiviti tertinggi dan kekutuban terendah di antara semua bahan pada suhu bilik. Ia juga lentur, boleh dilas, boleh ditarik, tahan karat, dan boleh disolder. Kelemahan utama perak adalah ia sangat mahal, yang membatasi penggunaannya dalam mesin dan peralatan elektrik. Walau bagaimanapun, ia masih digunakan dalam peralatan berharga yang digunakan untuk penyelidikan di mana kos tidak menjadi masalah.
Ciri-ciri:
Kekutuban: 1.58 µΩ-cm
Pekali suhu rintangan pada 20°C: 0.0038/°C
Titik lebur: 962°C
Berat spesifik: 10.49 g/cm3
Tembaga (Cu)
Tembaga adalah bahan konduktiviti tinggi yang paling banyak digunakan sebagai penghantar untuk mesin dan peralatan elektrik. Ia mempunyai kelenturan, kemampuan las, solderabiliti, duktiliti, ketahanan korosi, dan kelenturan yang baik. Tembaga dalam bentuk murni mempunyai konduktiviti yang baik, tetapi konduktiviti tembaga standard-grade berkurang disebabkan oleh kehadiran pencemaran.
Ciri-ciri:
Kekutuban: 1.68 µΩ-cm
Pekali suhu rintangan pada 20°C: 0.00386/°C
Titik lebur: 1085°C
Berat spesifik: 8.96 g/cm3
Emas (Au)
Emas adalah logam yang berharga dan mahal yang mempunyai konduktiviti yang baik. Emas mempunyai kelenturan dan duktiliti tertinggi di antara semua logam dan boleh ditarik menjadi wayar yang sangat nipis tanpa patah. Emas juga tahan karat dan boleh disolder. Kerana harganya yang tinggi, penggunaannya secara praktikal terhad kepada instrumen berharga yang digunakan untuk penyelidikan atau hiasan.
Ciri-ciri:
