Materiały o Niskiej Odporności Elektrycznej i Wysokiej Przewodliwości: Przegląd
Materiał o niskiej przewodności elektrycznej lub wysokiej przewodności jest zdefiniowany jako materiał, który umożliwia łatwe przepływ prądu elektrycznego przez siebie. Te materiały są bardzo przydatne w inżynierii elektrycznej do produkcji maszyn, urządzeń i sprzętu elektrycznego. Służą również jako przewodniki dla wszelkiego rodzaju owijek wymaganych w maszynach, urządzeniach i sprzęcie elektrycznym. Ponadto są używane jako przewodniki w transmisji i dystrybucji energii elektrycznej.
Właściwości materiałów o niskiej przewodności elektrycznej lub wysokiej przewodności
Poniżej wymienione właściwości są pożądane w materiałach o niskiej przewodności elektrycznej lub wysokiej przewodności:
Najwyższa możliwa przewodność (idecznie zero). To oznacza, że materiał oferuje minimalny opór do prądu elektrycznego, co minimalizuje straty mocy i generowanie ciepła.
Najmniejszy możliwy współczynnik temperaturowy oporu (idecznie zero). To oznacza, że opór materiału nie zmienia się znacząco wraz z temperaturą, co zapewnia stabilną wydajność w szerokim zakresie temperatur.
Wysoka temperatura topnienia. To oznacza, że materiał może wytrzymać wysokie temperatury bez utraty kształtu lub przewodności.
Wysoka wytrzymałość mechaniczna. To oznacza, że materiał może oprzeć się deformacji, pęknięciom lub zużyciu pod wpływem obciążeń mechanicznych.
Wysoka plastyczność. To oznacza, że materiał można ciągnąć na druty lub inne formy bez łamania czy pękania.
Wysoka odporność na korozję (bez utleniania). To oznacza, że materiał nie reaguje z tlenem ani innymi substancjami w środowisku, co zachowuje jego przewodność i wygląd.
Łączalność spajalnicza. To oznacza, że materiał można łatwo spajać, aby połączyć przewodniki lub zamontować inne komponenty.
Niska cena. To oznacza, że materiał jest tanim i szeroko dostępny.
Długi czas użytkowania lub trwałość. To oznacza, że materiał nie degraduje się ani nie ulega uszkodzeniom w czasie, co utrzymuje jego jakość i wydajność.
Wysoka elastyczność. To oznacza, że materiał może się giąć lub skręcać bez łamania czy utraty przewodności.
Powyższe właściwości różnią się w zależności od celu, dla którego materiał jest używany. Na przykład niektóre zastosowania mogą wymagać wyższej przewodności niż inne, podczas gdy niektóre mogą wymagać wyższej wytrzymałości mechanicznej niż inne.
Czynniki wpływające na przewodność elektryczną lub opór elektryczny materiałów
Przewodność elektryczna lub opór elektryczny materiału zależy od wielu czynników, takich jak:
Rodzaj materiału. Różne materiały mają różne struktury atomowe i konfiguracje elektronów, które wpływają na to, jak łatwo elektrony mogą przemieszczać się przez nie. Ogólnie rzecz biorąc, metale mają niższą przewodność elektryczną niż niemetale, ponieważ metale mają wolne elektrony, które mogą przeprowadzać prąd elektryczny, podczas gdy niemetale mają silnie związane elektrony, które opierają się prądowi elektrycznemu.
Czystość materiału. Każda domieszka, czy to metaliczna, czy niemetaliczna, zwiększa opór elektryczny metali. Nawet domieszka o niskim oporze zwiększa opór elektryczny metali. Powodem tego jest to, że dodanie niewielkiej domieszki tworzy defekty w krystalicznym układzie, które zakłócają przepływ elektronów przez metale. Dlatego czyste metale mają niższy opór elektryczny niż stopy lub związki.
Temperatura materiału. Opór elektryczny większości materiałów wzrasta wraz z temperaturą, ponieważ wyższa temperatura powoduje większe drgania w atomach, które interferyują z ruchem elektronów. Jednak niektóre materiały, takie jak półprzewodniki, mają niższy opór elektryczny przy wyższych temperaturach, ponieważ wyższa temperatura zwiększa liczbę wolnych elektronów dostępnych do przewodzenia.
Kształt i rozmiar materiału. Opór elektryczny materiału jest własnością wewnętrznej, która nie zależy od jego kształtu i rozmiaru. Jednak opór przewodnika zależy od jego kształtu i rozmiaru, ponieważ opór jest proporcjonalny do długości i odwrotnie proporcjonalny do przekroju poprzecznego. Dlatego dłuższe i cieńsze przewodniki mają wyższy opór niż krótsze i grubsze.
Przykłady materiałów o niskiej przewodności elektrycznej lub wysokiej przewodności
Niektóre przykłady materiałów o niskiej przewodności elektrycznej lub wysokiej przewodności to:
Srebro (Ag)
Srebro jest najlepszym przewodnikiem elektrycznym spośród wszystkich metali. Ma najwyższą przewodność i najniższy opór elektryczny wśród wszystkich materiałów w temperaturze pokojowej. Jest również kowalne, spajalne, plastyczne, odpornie na korozję i spajalne. Główną wadą srebra jest jego wysoka cena, co ogranicza jego praktyczne zastosowanie w maszynach i urządzeniach elektrycznych. Jednak nadal jest używane w precyzyjnych urządzeniach badawczych, gdzie koszt nie ma znaczenia.
Właściwości:
Opór elektryczny: 1,58 µΩ-cm
Współczynnik temperaturowy oporu przy 20°C: 0,0038/°C
Temperatura topnienia: 962°C
Gęstość: 10,49 g/cm³
Miedź (Cu)
Miedź jest najczęściej używanym materiałem o wysokiej przewodności jako przewodnik w maszynach i urządzeniach elektrycznych. Ma doskonałą kowalność, spajalność, plastyczność, odporność na korozję i elastyczność. Czysta miedź ma dobrą przewodność, ale przewodność standardowej miedzi jest obniżona z powodu obecności domieszków.
Właściwości:
Opór elektryczny: 1,68 µΩ-cm
Współczynnik temperaturowy oporu przy 20°C: 0,00386/°C
Temperatura topnienia: 1085°C
Gęstość: 8,96 g/cm³
Złoto (Au)
