Lav resistivitet og høy ledeevne materialer: En oversikt

Et material med lav motstand eller høy ledeevne er definert som et material som tillater elektrisk strøm å flyte lett gjennom det. Disse materialene er svært nyttige i elektroteknikk for produksjon av elektriske maskiner, utstyr og enheter. De brukes også som ledere for alle typer spoler som kreves i elektriske maskiner, apparater og enheter. I tillegg brukes de som ledere i overføring og distribusjon av elektrisk energi.

Egenskaper ved materialer med lav motstand eller høy ledeevne

Følgende egenskaper er ønskelige i materialer med lav motstand eller høy ledeevne:

• Høyest mulig ledeevne (ideelt sett null). Dette betyr at materialet tilbyr minimal motstand for elektrisk strøm, og dermed minimerer effektforbruk og varmegenerering.

• Lavest mulig temperaturkoeffisient for motstand (ideelt sett null). Dette betyr at materialets motstand ikke endres betydelig med temperaturen, og dermed opprettholder en stabil ytelse over et bredt temperaturrom.

• Høy smeltepunkt. Dette betyr at materialet kan tåle høye temperaturer uten å miste formen eller ledeevnen sin.

• Høy mekanisk styrke. Dette betyr at materialet kan motstå deformasjon, frakting eller slitasje under mekanisk stress eller belastning.

• Høy duktilitet. Dette betyr at materialet kan trekkes ut til tråder eller andre former uten å bryte eller sprekke.

• Høy korrosjonsbestandighet (fritt for oksidasjon). Dette betyr at materialet ikke reagerer med oksygen eller andre stoffer i miljøet, og dermed bevarer sin ledeevne og utseende.

• Solderbarhet. Dette betyr at materialet kan solderes lett for å koble ledere sammen eller feste andre komponenter.

• Lav kostnad. Dette betyr at materialet er rimelig og bredt tilgjengelig.

• Lang levetid eller holdbarhet. Dette betyr at materialet ikke degraderer eller forverres over tid, og dermed opprettholder sin kvalitet og ytelse.

• Høy fleksibilitet. Dette betyr at materialet kan bukkes eller vri seg uten å bryte eller miste sin ledeevne.

De ovennevnte egenskapene varierer med formålet materialet skal brukes til. For eksempel kan noen anvendelser kreve høyere ledeevne enn andre, mens noen kan kreve høyere mekanisk styrke enn andre.

Faktorer som påvirker motstanden eller ledeevnen til materialer

Motstanden eller ledeevnen til et material avhenger av flere faktorer, som:

• Type materiale. Forskjellige materialer har ulike atomstrukturer og elektronkonfigurasjoner, som påvirker hvor lett elektroner kan bevege seg gjennom dem. Generelt har metaller lavere motstand enn ikke-metaller fordi metaller har frie elektroner som kan bære elektrisk strøm, mens ikke-metaller har tett bundne elektroner som motarbeider elektrisk strøm.

• Renheten av materialet. Enhver forurensning, enten metallisk eller ikke-metallisk, øker motstanden til metaller. Selv en forurensning med lav motstand vil øke motstanden til metal. Grunnen til dette er at tilsetningen av en liten mengde forurensning skaper ufullkommenheter i kristallgitteret, som forstyrrer elektronenes flyt gjennom metaller. Derfor har rene metaller lavere motstand enn legemer eller forbindelser.

• Temperaturen på materialet. Motstanden til de fleste materialer øker med temperatur fordi høyere temperatur forårsaker flere vibrasjoner i atomene, som forstyrrer elektronenes bevegelse. Imidlertid har noen materialer, som halvledere, lavere motstand ved høyere temperaturer fordi høyere temperatur øker antallet frie elektroner tilgjengelige for konduksjon.

• Form og størrelse på materialet. Motstanden til et material er en intrinsikk egenskap som ikke avhenger av dets form og størrelse. Imidlertid avhenger motstanden til en leder av dets form og størrelse fordi motstand er proporsjonal med lengde og inversproporsjonal med tverrsnittsareal. Derfor har lengre og tyndere ledere høyere motstand enn kortere og tykkere.

Eksempler på materialer med lav motstand eller høy ledeevne

Noen eksempler på materialer med lav motstand eller høy ledeevne er:

Sølv (Ag)

Sølv er den beste lederen av elektrisitet blant alle metaller. Det har den høyeste ledeevnen og den laveste motstanden blant alle materialer ved romtemperatur. Det er også formbart, sveiselbart, duktilt, korrosjonsbestandig og solderbart. Den største ulemper med sølv er at det er veldig dyrt, noe som begrenser dets praktiske bruk i elektriske maskiner og utstyr. Imidlertid brukes det fortsatt i verdifuldt utstyr brukt for forskning der kostnaden ikke spiller rolle.

Egenskaper:

• Motstand: 1,58 µΩ-cm

• Temperaturkoeffisient for motstand ved 20°C: 0,0038/°C

• Smeltepunkt: 962°C

• Spesifikk veikt: 10,49 g/cm³

Kobber (Cu)

Kobber er det mest utbredte høy-ledeevne-material som brukes som leder for elektriske maskiner og utstyr. Det har fremragende formbarhet, sveiselbarhet, solderbarhet, duktilitet, korrosjonsbestandighet og fleksibilitet. Kobber i ren form har god ledeevne, men ledeevnen til standardkvalitetskobber reduseres pga. tilstedeværelsen av forurensninger.

Egenskaper:

• Motstand: 1,68 µΩ-cm

• Temperaturkoeffisient for motstand ved 20°C: 0,00386/°C

• Smeltepunkt: 1085°C

• Spesifikk veikt: 8,96 g/cm³

Gull (Au)

Gull er et verdifullt og dyrt metall som har god ledeevne. Gull har den største formbarheten og duktiliteten blant alle metaller og kan trekkes ut til veldig tynde tråder uten å bryte. Gull er også