Материалы с низким удельным сопротивлением и высокой проводимостью: обзор
Материал с низкой электрической резистивностью или высокой проводимостью определяется как материал, который позволяет электрическому току легко проходить через него. Эти материалы очень полезны в электротехнике для производства электрических машин, оборудования и устройств. Они также используются в качестве проводников для всех видов обмоток, необходимых в электрических машинах, аппаратах и устройствах. Кроме того, они используются в качестве проводников для передачи и распределения электроэнергии.
Свойства материалов с низкой резистивностью или высокой проводимостью
В материалах с низкой резистивностью или высокой проводимостью желательны следующие свойства:
Наивысшая возможная проводимость (идеально — ноль). Это означает, что материал предлагает минимальное сопротивление электрическому току, что минимизирует потери мощности и выделение тепла.
Наименьший возможный температурный коэффициент сопротивления (идеально — ноль). Это означает, что сопротивление материала не изменяется значительно с температурой и, следовательно, поддерживает стабильную работу в широком диапазоне температур.
Высокая температура плавления. Это означает, что материал может выдерживать высокие температуры, не теряя своей формы или проводимости.
Высокая механическая прочность. Это означает, что материал может сопротивляться деформации, разрушению или износу при механическом напряжении или нагрузке.
Высокая ковкость. Это означает, что материал можно вытянуть в проволоку или другие формы без разрушения или растрескивания.
Высокая коррозионная стойкость (устойчивость к окислению). Это означает, что материал не реагирует с кислородом или другими веществами в окружающей среде, сохраняя свою проводимость и внешний вид.
Паяемость. Это означает, что материал можно легко паять для соединения проводников или присоединения других компонентов.
Низкая стоимость. Это означает, что материал доступен и широко распространен.
Долгий срок службы или долговечность. Это означает, что материал не деградирует или ухудшается со временем, сохраняя свое качество и производительность.
Высокая гибкость. Это означает, что материал можно сгибать или скручивать без разрушения или потери проводимости.
Указанные выше свойства могут варьироваться в зависимости от цели использования материала. Например, некоторые применения могут требовать более высокой проводимости, чем другие, а некоторые могут требовать более высокой механической прочности, чем другие.
Факторы, влияющие на резистивность или проводимость материалов
Резистивность или проводимость материала зависит от нескольких факторов, таких как:
Тип материала. Разные материалы имеют разные атомные структуры и конфигурации электронов, которые влияют на то, как легко электроны могут двигаться через них. Обычно металлы имеют более низкую резистивность, чем неметаллы, потому что металлы имеют свободные электроны, которые могут переносить электрический ток, в то время как неметаллы имеют тесно связанные электроны, которые сопротивляются электрическому току.
Чистота материала. Любое загрязнение, будь то металлическое или неметаллическое, увеличивает резистивность металлов. Даже загрязнение низкой резистивностью увеличит резистивность металла. Причина этого заключается в том, что добавление небольшого количества загрязнений создает дефекты в кристаллической решетке, которые нарушают движение электронов через металл. Поэтому чистые металлы имеют более низкую резистивность, чем сплавы или соединения.
Температура материала. Резистивность большинства материалов увеличивается с температурой, потому что более высокая температура вызывает больше вибраций в атомах, которые мешают движению электронов. Однако некоторые материалы, такие как полупроводники, имеют более низкую резистивность при более высоких температурах, потому что более высокая температура увеличивает количество свободных электронов, доступных для проводимости.
Форма и размер материала. Резистивность материала является внутренним свойством, которое не зависит от его формы и размера. Однако сопротивление проводника зависит от его формы и размера, так как сопротивление пропорционально длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения. Следовательно, более длинные и тонкие проводники имеют более высокое сопротивление, чем более короткие и толстые.
Примеры материалов с низкой резистивностью или высокой проводимостью
Некоторые примеры материалов с низкой резистивностью или высокой проводимостью:
Серебро (Ag)
Серебро является лучшим проводником электричества среди всех металлов. Оно имеет наивысшую проводимость и наименьшую резистивность среди всех материалов при комнатной температуре. Серебро также обладает пластичностью, свариваемостью, ковкостью, коррозионной стойкостью и паяемостью. Основным недостатком серебра является его высокая стоимость, что ограничивает его практическое использование в электрических машинах и оборудовании. Однако оно все еще используется в дорогостоящем оборудовании, используемом для исследований, где стоимость не имеет значения.
Свойства:
Резистивность: 1,58 мкОм·см
Температурный коэффициент сопротивления при 20°C: 0,0038/°C
Температура плавления: 962°C
Удельный вес: 10,49 г/см³
Медь (Cu)
Медь является наиболее широко используемым материалом с высокой проводимостью в качестве проводника для электрических машин и оборудования. Она обладает отличной пластичностью, свариваемостью, паяемостью, ковкостью, коррозионной стойкостью и гибкостью. Чистая медь имеет хорошую проводимость, но проводимость стандартной меди снижается из-за наличия примесей.
Свойства:
Резистивность: 1,68 мкОм·см
Температурный коэффициент сопротивления при 20°C: 0,00386/°C
Температура плавления: 1085°C
Удельный вес: 8,96 г/см³
Золото (Au)
