Матеріали з Низькою Співвідношенням Опірності та Високою Провідністю: Огляд

Матеріал з низькою спротивністю або високою провідністю визначається як матеріал, який дозволяє електричний струм легко проходити через нього. Ці матеріали дуже корисні в електротехніці для виробництва електричних машин, обладнання та пристроїв. Вони також використовуються як провідники для всіх видів обмоток, необхідних в електричних машинах, апаратурах та пристроях. Більше того, вони використовуються як провідники при передачі та розподілі електричної енергії.

Властивості матеріалів з низькою спротивністю або високою провідністю

Наступні властивості бажані у матеріалах з низькою спротивністю або високою провідністю:

• Найвища можлива провідність (ідеально - нуль). Це означає, що матеріал надає мінімальний спротив електричному струму, таким чином, мінімізується втрати потужності та генерація тепла.

• Найменший можливий температурний коефіцієнт опору (ідеально - нуль). Це означає, що опір матеріалу не значно змінюється з температурою, і таким чином, підтримує стабільну продуктивність в широкому діапазоні температур.

• Висока точка плавлення. Це означає, що матеріал може витримувати високі температури без втрати форми або провідності.

• Висока механічна міцність. Це означає, що матеріал може протистояти деформації, руйнуванню або виснаженню під механічним напруженням або навантаженням.

• Висока пластичність. Це означає, що матеріал може бути витягнутий на дроти або інші форми без розриву або тріщин.

• Висока корозійна стійкість (без окислення). Це означає, що матеріал не реагує з киснем або іншими речовинами в оточення, і таким чином, зберігає свою провідність та вигляд.

• Паяння. Це означає, що матеріал може бути легко запаяний для з'єднання провідників або прикріплення інших компонентів.

• Низька вартість. Це означає, що матеріал доступний та широко поширений.

• Довгий термін служби або довговічність. Це означає, що матеріал не вироджується або не втрачає свої властивості з часом, і таким чином, підтримує свою якість та продуктивність.

• Висока гнучкість. Це означає, що матеріал може згинатися або звертатися без розриву або втрати провідності.

Вищезазначені властивості змінюються залежно від цілей, для яких використовується матеріал. Наприклад, деякі застосування можуть вимагати більшої провідності, ніж інші, тоді як інші можуть вимагати більшої механічної міцності.

Фактори, що впливають на спротивність або провідність матеріалів

Спротивність або провідність матеріалу залежить від ряду факторів, таких як:

• Тип матеріалу. Різні матеріали мають різну атомну структуру та конфігурацію електронів, що впливає на те, наскільки легко електрони можуть переміщатися через них. Загалом, металами мають нижчу спротивність, ніж неметалами, оскільки металами мають вільні електрони, які можуть переносити електричний струм, тоді як неметалами мають тісно пов'язані електрони, які суперечать електричному струму.

• Чистота матеріалу. Будь-яка забруднення, чи то металева, чи то неметалева, збільшує спротивність металів. Навіть низька спротивність забруднення збільшує спротивність металу. Причиною цього є те, що додавання незначного забруднення створює недоліки в кристалічній решітці, що заважає потоку електронів через метал. Тому чисті металами мають нижчу спротивність, ніж сплави або сполуки.

• Температура матеріалу. Спротивність більшості матеріалів зростає з температурою, оскільки вища температура призводить до більшої вібрації в атомах, які заважають руху електронів. Однак, деякі матеріали, такі як напівпровідники, мають нижчу спротивність при вищих температурах, оскільки вища температура збільшує кількість вільних електронів, доступних для проводження.

• Форма та розмір матеріалу. Спротивність матеріалу є внутрішньою властивістю, яка не залежить від його форми та розміру. Однак, опір провідника залежить від його форми та розміру, оскільки опір пропорційний довжині та обернено пропорційний площі поперечного перерізу. Тому, довгі та тонкі провідники мають більший опір, ніж короткі та товсті.

Приклади матеріалів з низькою спротивністю або високою провідністю

Наступні приклади матеріалів з низькою спротивністю або високою провідністю:

Срібло (Ag)

Срібло є найкращим провідником електричного струму серед усіх металів. Воно має найвищу провідність та найнижчу спротивність серед усіх матеріалів при кімнатній температурі. Воно також пластичне, зварюване, пластичне, корозійно-стойке та паяне. Основним недоліком срібла є його висока вартість, що обмежує його практичне використання в електричних машинах та обладнанні. Однак, воно все ж використовується в цінних приладах, використовуваних для досліджень, де вартість не має значення.

Властивості:

• Спротивність: 1,58 µΩ·см

• Температурний коефіцієнт опору при 20°C: 0,0038/°C

• Точка плавлення: 962°C

• Щільність: 10,49 г/см³

Мідь (Cu)

Мідь є найпоширенішим матеріалом з високою провідністю, використовуваним як провідник для електричних машин та обладнання. Вона має відмінну пластичність, зварюваність, паяння, пластичність, корозійну стійкість та гнучкість. Мідь в чистому вигляді має добру провідність, але провідність стандартної марки міді зни