کم مقاومتی اور زیادہ کنڈکٹیویٹی والے مواد: ایک نظربین
کم میزان کشیدگی یا مواد با رسانایی بالا به عنوان موادی تعریف میشوند که اجازه میدهند جریان برق به راحتی از آنها عبور کند. این مواد در مهندسی برق برای ساخت ماشینآلات، تجهیزات و دستگاههای برقی بسیار مفید هستند. این مواد همچنین به عنوان رساناها برای انواع مختلف پیچشها مورد نیاز در ماشینآلات، تجهیزات و دستگاههای برقی استفاده میشوند. علاوه بر این، این مواد به عنوان رساناها در انتقال و توزیع انرژی برقی استفاده میشوند.
ویژگیهای مواد با کم میزان کشیدگی یا رسانایی بالا
ویژگیهای زیر در مواد با کم میزان کشیدگی یا رسانایی بالا مطلوب هستند:
رسانایی بالاترین ممکن (به طور مثالي صفر). اين معناي آن است كه ماده مقاومت کمی به جريان برق ارائه میدهد و بنابراين از تلفات قدرت و توليد حرارت جلوگيری میکند.
کمترین ضریب مقاومت ممکن بر حسب دما (به طور مثالي صفر). این معناي آن است كه مقاومت ماده با تغيير دما تغيير قابل توجهی نميكند و بنابراين عملكرد پايداری در محدوده گستردهای از دماها دارد.
نقطه ذوب بالا. این معناي آن است كه ماده میتواند در دماهای بالا بدون از دست دادن شکل یا رسانایی تحمل کند.
مقاومت مکانیکی بالا. این معناي آن است كه ماده میتواند تحت فشار مکانیکی یا بار، تغییر شکل، شکست یا خوردگی را مقاومت کند.
قابلیت پهن شدن بالا. این معناي آن است كه ماده میتواند به سیمها یا شکلهای دیگر تبدیل شود بدون اینکه بشکند یا ترک بخورد.
مقاومت بالا در برابر خوردگی (آزاد از اکسیداسیون). این معناي آن است كه ماده با اکسیژن یا مواد دیگر در محیط واکنش نمیدهد و بنابراین رسانایی و ظاهر آن حفظ میشود.
قابلیت لحیم کاری. این معناي آن است كه ماده به راحتی میتواند لحیم شود تا رساناها را به هم متصل کند یا اجزای دیگری را به آن متصل کند.
هزینه کم. این معناي آن است كه ماده قابل تحمل و به طور گسترده در دسترس است.
عمر طولانی یا دوام. این معناي آن است كه ماده با گذشت زمان تخریب یا تجزیه نمیشود و بنابراین کیفیت و عملکرد آن حفظ میشود.
انعطافپذیری بالا. این معناي آن است كه ماده میتواند خم شود یا پیچیده شود بدون اینکه بشکند یا رسانایی آن از دست برود.
ویژگیهای فوق با هدف استفاده از ماده متفاوت میشوند. به عنوان مثال، برخی از کاربردها ممکن است نیاز به رسانایی بالاتری داشته باشند، در حالی که برخی دیگر ممکن است نیاز به مقاومت مکانیکی بالاتری داشته باشند.
عوامل مؤثر بر کشیدگی یا رسانایی مواد
کشیدگی یا رسانایی یک ماده به چند عامل بستگی دارد، مانند:
نوع ماده. مواد مختلف ساختارهای اتمی و الکترونی متفاوتی دارند که تأثیر میگذارند که الکترونها به راحتی از آنها عبور کنند. به طور کلی، فلزات کشیدگی کمتری نسبت به غیرفلزات دارند زیرا فلزات الکترونهای آزادی دارند که میتوانند جریان برق را منتقل کنند، در حالی که غیرفلزات الکترونهای محکمبستهای دارند که مقاومت به جریان برق میکنند.
صفایی ماده. هر نوع آلودگی، چه فلزی و چه غیرفلزی، کشیدگی فلزات را افزایش میدهد. حتی آلودگی با کشیدگی کم نیز کشیدگی فلز را افزایش میدهد. دلیل این امر این است که افزودن آلودگی کمی نقصانهایی در شبکه بلوری ایجاد میکند که جریان الکترونها را در فلزها مختل میکند. بنابراین، فلزات خالص کشیدگی کمتری نسبت به آلیاژها یا ترکیبات دارند.
دمای ماده. کشیدگی اکثر مواد با افزایش دما افزایش مییابد زیرا دمای بالاتر باعث ارتعاشات بیشتر در اتمها میشود که جریان الکترونها را مختل میکند. با این حال، بعضی مواد مانند نیمهرساناها در دماهای بالاتر کشیدگی کمتری دارند زیرا دمای بالاتر تعداد الکترونهای آزاد موجود برای رسانایی را افزایش میدهد.
شکل و اندازه ماده. کشیدگی یک ماده یک ویژگی ذاتی است که به شکل و اندازه آن بستگی ندارد. با این حال، مقاومت یک رسانا به شکل و اندازه آن بستگی دارد زیرا مقاومت متناسب با طول و نسبت معکوس با مساحت مقطع است. بنابراین، رساناهای طولانیتر و نازکتر مقاومت بیشتری نسبت به رساناهای کوتاهتر و ضخیمتر دارند.
مثالهایی از مواد با کم میزان کشیدگی یا رسانایی بالا
بعضی از مثالهای مواد با کم میزان کشیدگی یا رسانایی بالا عبارتند از:
نقره (Ag)
نقره بهترین رسانا برق در میان تمام فلزات است. این ماده دارای رسانایی بالاترین و کشیدگی کمترین در میان تمام مواد در دمای اتاق است. نقره همچنین میتواند میلرزه، لحیمپذیر، انعطافپذیر و مقاوم در برابر خوردگی باشد. اصلیترین نقطه ضعف نقره این است که بسیار گران است که محدودیتهایی در استفاده عملی آن در ماشینآلات و تجهیزات برقی ایجاد میکند. با این حال، هنوز در تجهیزات با ارزشی که برای تحقیقات استفاده میشوند و هزینه مهم نیست، استفاده میشود.
ویژگیها:
کشیدگی: 1.58 میکرو اهم-سانتیمتر
ضریب مقاومت در دمای 20°C: 0.0038/°C
نقطه ذوب: 962°C
وزن مخصوص: 10.49 گرم/سانتیمتر مکعب
مس (Cu)
مس پرکاربردترین ماده با رسانایی بالا به عنوان رسانا برای ماشینآلات و تجهیزات برقی است. مس دارای میلپذیری، لحیمپذیری، انعطافپذیری و مقاومت در برابر خوردگی بسیار خوبی است. مس در حالت خالص رسانایی خوبی دارد، اما رسانایی مس استاندارد به دلیل وجود آلودگیها کاهش مییابد.
ویژگیها:
ک
