Låg resistivitet och material med hög ledningsförmåga: En översikt
Ett material med låg spänningsförmåga eller hög ledningsförmåga definieras som ett material som tillåter elektrisk ström att flyta lätt genom det. Dessa material är mycket användbara inom elektroteknik för tillverkning av elektriska maskiner, utrustning och apparater. De används också som ledare för alla typer av vikningar som krävs i elektriska maskiner, apparater och enheter. Dessutom används de som ledare vid överföring och distribution av elektrisk energi.
Egenskaper hos material med låg spänningsförmåga eller hög ledningsförmåga
Följande egenskaper är önskvärda hos material med låg spänningsförmåga eller hög ledningsförmåga:
Högsta möjliga ledningsförmåga (idealt sett noll). Detta betyder att materialet erbjuder minimalt motstånd mot elektrisk ström och därmed minimerar effektavbrott och värmeuppbyggning.
Lägsta möjliga temperaturkoefficient för resistans (idealt sett noll). Detta betyder att materialets resistans inte ändras betydligt med temperaturen och därmed bibehåller en stabil prestanda över ett brett temperaturintervall.
Hög smältpunkt. Detta betyder att materialet kan stå emot höga temperaturer utan att förlora sin form eller ledningsförmåga.
Hög mekanisk styrka. Detta betyder att materialet kan motstå deformation, frakturella sprickor eller slitage under mekanisk stress eller belastning.
Hög duktilitet. Detta betyder att materialet kan dras till trådar eller andra former utan att brytas eller spricka.
Hög korrosionsbeständighet (fri från oxidation). Detta betyder att materialet inte reagerar med syre eller andra ämnen i miljön och därmed bevarar sin ledningsförmåga och utseende.
Solderbarhet. Detta betyder att materialet kan lättsötras för att ansluta ledare eller fästa andra komponenter.
Låg kostnad. Detta betyder att materialet är prisvärt och allmänt tillgängligt.
Lång livslängd eller hållbarhet. Detta betyder att materialet inte degenererar eller försämras över tid och därmed behåller sin kvalitet och prestanda.
Hög flexibilitet. Detta betyder att materialet kan böjas eller vridas utan att brytas eller förlora sin ledningsförmåga.
De ovan nämnda egenskaperna varierar beroende på vilket ändamål materialet används till. Till exempel kan vissa tillämpningar kräva högre ledningsförmåga än andra, medan vissa kan kräva högre mekanisk styrka än andra.
Faktorer som påverkar spänningsförmåga eller ledningsförmåga hos material
Spänningsförmågan eller ledningsförmågan hos ett material beror på flera faktorer, såsom:
Typ av material. Olika material har olika atomstrukturer och elektronkonfigurationer, vilket påverkar hur lätt elektroner kan röra sig genom dem. Generellt har metaller lägre spänningsförmåga än icke-metaller eftersom metaller har fria elektroner som kan bära elektrisk ström, medan icke-metaller har starkt bundna elektroner som motarbetar elektrisk ström.
Renheten av materialet. Alla impuriteter, oavsett om de är metalliska eller icke-metalliska, ökar spänningsförmågan hos metaller. Även en impuritet med låg spänningsförmåga kommer att öka spänningsförmågan hos metaller. Anledningen till detta är att tillägget av en liten mängd impuritet skapar defekter i kristallgitteret, vilket stör elektronflödet genom metaller. Därför har rena metaller lägre spänningsförmåga än legeringar eller föreningar.
Temperaturen på materialet. Spänningsförmågan hos de flesta material ökar med temperatur eftersom högre temperatur orsakar fler vibrationer i atomerna, vilket stör elektronernas rörelse. Vissa material, som halvledare, har dock lägre spänningsförmåga vid högre temperaturer eftersom högre temperatur ökar antalet fritt tillgängliga elektroner för ledning.
Form och storlek på materialet. Spänningsförmågan hos ett material är en inre egenskap som inte beror på dess form och storlek. Motståndet hos en ledare beror dock på dess form och storlek eftersom motstånd är proportionellt mot längden och omvänt proportionellt mot tvärsnittsytan. Därför har längre och tunnare ledare högre motstånd än kortare och tjockare.
Exempel på material med låg spänningsförmåga eller hög ledningsförmåga
Några exempel på material med låg spänningsförmåga eller hög ledningsförmåga är:
Silver (Ag)
Silver är den bästa ledaren för elektricitet bland alla metaller. Det har den högsta ledningsförmågan och den lägsta spänningsförmågan bland alla material vid rumstemperatur. Det är också formbart, svetsbart, duktilt, korrosionsbeständigt och solderbart. Den huvudsakliga nackdelen med silver är att det är mycket dyrt, vilket begränsar dess praktiska användning i elektriska maskiner och utrustning. Trots detta används det fortfarande i dyrbar utrustning som används för forskning där kostnaden inte spelar någon roll.
Egenskaper:
Spänningsförmåga: 1,58 µΩ-cm
Temperaturkoefficient för resistans vid 20°C: 0,0038/°C
Smältpunkt: 962°C
Specifik vikt: 10,49 g/cm³
Koppar (Cu)
Koppar är det mest använda material med hög ledningsförmåga som ledare för elektriska maskiner och utrustning. Det har utmärkt formbarhet, svetsbarhet, solderbarhet, duktilitet, korrosionsbeständighet och flexibilitet. Rent koppar har god ledningsförmåga, men ledningsförmågan hos standardklass-koppar minskas på grund av närvaron av impuriteter.
Egenskaper:
Spänningsförmåga: 1,68 µΩ-cm
Temperaturkoefficient för resistans vid 20°C: 0,00386/°C
Smältpunkt: 1085°C
Specifik vikt: 8,96 g/cm³
Guld (Au)
