วัสดุที่มีความต้านทานต่ำและความนำสูง: ภาพรวม

วัสดุที่มีความต้านทานไฟฟ้าต่ำหรือมีความนำสูงถูกกำหนดให้เป็นวัสดุที่อนุญาตให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ง่าย วัสดุเหล่านี้มีประโยชน์อย่างมากในการวิศวกรรมไฟฟ้าสำหรับการผลิตเครื่องจักรอุปกรณ์และอุปกรณ์ไฟฟ้า นอกจากนี้ยังใช้เป็นตัวนำสำหรับการขดลวดทุกประเภทที่จำเป็นในเครื่องจักรอุปกรณ์และอุปกรณ์ไฟฟ้า และยังใช้เป็นตัวนำในการส่งและกระจายพลังงานไฟฟ้า

คุณสมบัติของวัสดุที่มีความต้านทานไฟฟ้าต่ำหรือมีความนำสูง

คุณสมบัติดังต่อไปนี้เป็นที่ต้องการในวัสดุที่มีความต้านทานไฟฟ้าต่ำหรือมีความนำสูง:

• ความนำสูงสุดเท่าที่เป็นไปได้ (โดยปริยายคือศูนย์) หมายความว่าวัสดุมีความต้านทานต่อกระแสไฟฟ้าน้อยที่สุดและลดการสูญเสียพลังงานและการสร้างความร้อนลง

• สัมประสิทธิ์ความต้านทานตามอุณหภูมิต่ำสุดเท่าที่เป็นไปได้ (โดยปริยายคือศูนย์) หมายความว่าความต้านทานของวัสดุมีความเปลี่ยนแปลงน้อยเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงและสามารถทำงานอย่างคงที่ในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง

• จุดหลอมเหลวสูง หมายความว่าวัสดุสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงโดยไม่เสียรูปหรือความนำ

• ความแข็งแรงทางกลสูง หมายความว่าวัสดุสามารถทนต่อการเปลี่ยนรูปการแตกหรือการสึกหรอภายใต้ความเครียดหรือแรงกด

• ความยืดหยุ่นสูง หมายความว่าวัสดุสามารถดึงเป็นลวดหรือรูปทรงอื่น ๆ โดยไม่แตกหรือแตกหัก

• ความต้านทานการกัดกร่อนสูง (ไม่เกิดออกซิเดชัน) หมายความว่าวัสดุไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนหรือสารอื่น ๆ ในสภาพแวดล้อมและรักษาความนำและความสวยงาม

• ความสามารถในการเชื่อมประสานสูง หมายความว่าวัสดุสามารถเชื่อมประสานได้ง่ายเพื่อเชื่อมต่อตัวนำหรือติดตั้งอุปกรณ์อื่น ๆ

• ราคาถูก หมายความว่าวัสดุมีราคาที่เหมาะสมและมีอยู่อย่างกว้างขวาง

• อายุการใช้งานยาวนานหรือความคงทนสูง หมายความว่าวัสดุไม่เสื่อมสภาพหรือเสื่อมสภาพตลอดเวลาและรักษาคุณภาพและประสิทธิภาพไว้

• ความยืดหยุ่นสูง หมายความว่าวัสดุสามารถโค้งหรือบิดโดยไม่แตกหรือสูญเสียความนำ

คุณสมบัติดังกล่าวอาจแตกต่างกันไปตามวัตถุประสงค์ของการใช้วัสดุ เช่น บางการใช้งานอาจต้องการความนำสูงกว่า การใช้งานอื่น ๆ อาจต้องการความแข็งแรงทางกลสูงกว่า

ปัจจัยที่กระทบต่อความต้านทานไฟฟ้าหรือความนำของวัสดุ

ความต้านทานไฟฟ้าหรือความนำของวัสดุขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น:

• ชนิดของวัสดุ วัสดุที่แตกต่างกันมีโครงสร้างอะตอมและโครงสร้างอิเล็กตรอนที่แตกต่างกัน ซึ่งส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนผ่านวัสดุ ทั่วไปแล้วโลหะมีความต้านทานไฟฟ้าน้อยกว่าวัสดุที่ไม่ใช่โลหะเนื่องจากโลหะมีอิเล็กตรอนเสรีที่สามารถนำกระแสไฟฟ้า ส่วนวัสดุที่ไม่ใช่โลหะมีอิเล็กตรอนที่ผูกมัดแน่นทำให้ต้านทานกระแสไฟฟ้า

• ความบริสุทธิ์ของวัสดุ ความบริสุทธิ์ของวัสดุใด ๆ ที่มีสิ่งเจือปน ไม่ว่าจะเป็นโลหะหรือไม่ใช่โลหะ จะเพิ่มความต้านทานไฟฟ้าของโลหะ เนื่องจากสิ่งเจือปนแม้แต่น้อยก็จะสร้างความบกพร่องในโครงสร้างผลึก ทำให้การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนผ่านโลหะถูกขัดขวาง ดังนั้น โลหะบริสุทธิ์มีความต้านทานไฟฟ้าน้อยกว่าโลหะผสมหรือสารประกอบ

• อุณหภูมิของวัสดุ ความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุส่วนใหญ่จะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เนื่องจากอุณหภูมิสูงทำให้มีการสั่นสะเทือนของอะตอม ซึ่งขัดขวางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม วัสดุบางชนิด เช่น สารกึ่งตัวนำ มีความต้านทานไฟฟ้าน้อยลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เนื่องจากอุณหภูมิสูงทำให้มีอิเล็กตรอนเสรีที่พร้อมสำหรับการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

• รูปร่างและขนาดของวัสดุ ความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุเป็นคุณสมบัติภายในที่ไม่ขึ้นอยู่กับรูปร่างและขนาด อย่างไรก็ตาม ความต้านทานของตัวนำขึ้นอยู่กับรูปร่างและขนาด เนื่องจากความต้านทานเป็นสัดส่วนตรงกับความยาวและสัดส่วนผกผันกับพื้นที่ภาคตัดขวาง ดังนั้น ตัวนำที่ยาวและบางจะมีความต้านทานสูงกว่าตัวนำที่สั้นและหนา

ตัวอย่างของวัสดุที่มีความต้านทานไฟฟ้าต่ำหรือมีความนำสูง

ตัวอย่างของวัสดุที่มีความต้านทานไฟฟ้าต่ำหรือมีความนำสูง ได้แก่:

เงิน (Ag)

เงินเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีที่สุดในบรรดาโลหะทั้งหมด มีความนำสูงสุดและมีความต้านทานไฟฟ้าน้อยที่สุดในบรรดาวัสดุที่อุณหภูมิห้อง สามารถขึ้นรูปได้ สามารถเชื่อมได้ ยืดหยุ่นสูง ทนต่อการกัดกร่อน และสามารถเชื่อมประสานได้ ข้อเสียสำคัญของเงินคือมีราคาแพงมาก ซึ่งจำกัดการใช้งานในเครื่องจักรและอุปกรณ์ไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ยังใช้ในอุปกรณ์ที่มีค่าสำหรับการวิจัยที่ไม่คำนึงถึงค่าใช้จ่าย

คุณสมบัติ:

• ความต้านทานไฟฟ้า: 1.58 µΩ-cm

• สัมประสิทธิ์ความต้านทานตามอุณหภูมิที่ 20°C: 0.0038/°C

• จุดหลอมเหลว: 962°C

• ความหนาแน่นเฉพาะ: 10.49 g/cm³

ทองแดง (Cu)

ทองแดงเป็นวัสดุที่มีความนำสูงที่ใช้เป็นตัวนำสำหรับเครื่องจักรและอุปกรณ์ไฟฟ้าอย่างกว้างขวาง มีคุณสมบัติที่ดีในการขึ้นรูป การเชื่อม การเชื่อมประสาน การยืดหยุ่น และการทนต่อการกัดกร่อน ทองแดงบริสุทธิ์มีความนำสูง แต่ความนำของทองแดงเกรดมาตรฐานลดลงเนื่องจากมีสิ่งเจือปน

คุณสมบัติ:

• ความต้านทานไฟฟ้า: 1.68 µΩ-cm

• สัมประสิทธิ์ความต้านทานตามอุณหภูมิที่ 20°C: 0.00386/°C

• จุดหลอมเหลว: 1085°C

• ความหนาแน่นเฉพาะ: 8.96 g/cm³

ทองคำ (Au)