ELEKTRIČNI VODNIKI: VRSTE IN GLAVNE ZNAČILNOSTI - FIZIČNO - 2026

V električni vodniki ali prevodni materiali so tisti, ki imajo malo odpora do pretok električnega toka, glede na svoje specifične lastnosti. Atomska zgradba električnih vodnikov olajša gibanje elektronov skozi njih, s čimer ta vrsta elementa favorizira prenos električne energije.

Dirigenti so lahko predstavljeni v različnih oblikah, ena od teh je material v posebnih fizičnih pogojih, kot so kovinske palice (palice), ki niso bile del električnih vezij. Kljub temu, da niso del električnega sklopa, ti materiali vedno ohranjajo svoje prevodne lastnosti.

Obstajajo tudi enopolarni ali večpolarni električni vodniki, ki se formalno uporabljajo kot povezovalni elementi električnih vezij v stanovanjskih in industrijskih okoljih. To vrsto prevodnika lahko v notranjosti oblikujejo bakrene žice ali druge vrste kovinskega materiala, prekrite z izolacijsko površino.

Poleg tega se glede na konfiguracijo vezja lahko razlikujejo vodniki za stanovanjske namene (tanki) ali kabli za podzemne pipe v električnih razdelilnih sistemih (debeli).

V tem članku se bomo osredotočili na značilnosti prevodnih materialov v njihovem čistem stanju; Poleg tega bomo vedeli, kateri so danes najbolj uporabljeni prevodni materiali in zakaj.

značilnosti

Za električne vodnike je značilno, da ne nudijo veliko odpornosti proti prehodu električnega toka skozi njih, kar je mogoče le zaradi njihovih električnih in fizikalnih lastnosti, ki zagotavljajo, da kroženje električne energije skozi prevodnik ne povzroči deformacije ali uničenja. zadevnega gradiva.

Električne značilnosti

Glavne električne značilnosti električnih vodnikov so naslednje:

Dobra prevodnost

Električni vodniki morajo imeti dobro električno prevodnost, da lahko opravljajo svojo funkcijo prenosa električne energije.

Mednarodna komisija za elektrotehniko je sredi leta 1913 določila, da lahko električna prevodnost bakra v čistem stanju služi kot referenca za merjenje in primerjavo prevodnosti drugih prevodnih materialov.

Tako je bil ustanovljen mednarodni standard za žareli baker (IACS za akronim v angleščini).

Sprejeta referenca je bila prevodnost žarjene bakrene žice dolžine enega metra in enega grama mase pri 20 ° C, katere vrednost je enaka 5,80 x 10 ⁷ Sm ^-1 . Ta vrednost je znana kot 100% IAKS električne prevodnosti in je merilo za merjenje prevodnosti prevodnih materialov.

Vodljivi material velja za takšnega, če ima več kot 40% IACS. Materiali, ki imajo prevodnost večjo od 100% IACS, veljajo za materiale z visoko prevodnostjo.

Atomska struktura omogoča prehod toka

Atomska zgradba omogoča prehod električnega toka, saj imajo atomi v svoji valenčni lupini malo elektronov, ti elektroni pa se odtrgajo od jedra atoma.

Opisana konfiguracija pomeni, da ni potrebno veliko energije, da se elektroni premikajo od enega atoma do drugega, kar olajša gibanje elektronov skozi prevodnik.

Te vrste elektronov imenujemo prosti elektroni. Njihova razporeditev in svoboda gibanja po celotni strukturi atoma sta tisto, kar omogoča kroženje električne energije po prevodniku.

Združena jedra

Molekularna struktura prevodnikov je sestavljena iz tesno vezane mreže jeder, ki zaradi svoje kohezije ostane praktično nepremična.

Zaradi tega je gibanje elektronov, ki so daleč znotraj molekule, ugodno, saj se prosto gibljejo in reagirajo na bližino električnega polja.

Ta reakcija sproži gibanje elektronov v določeni smeri in s tem omogoči kroženje električnega toka skozi prevodni material.

Elektrostatično ravnovesje

S izpostavljenostjo določenemu naboju prevodni materiali sčasoma dosežejo stanje elektrostatičnega ravnovesja, v katerem gibanje nabojev znotraj materiala ne pride.

Pozitivni naboji aglomerirajo na enem koncu materiala, negativni naboji pa se kopičijo na nasprotnem koncu. Premik nabojev proti površini prevodnika ustvarja prisotnost enakih in nasprotnih električnih polj znotraj prevodnika. Tako je celotno notranje električno polje znotraj materiala nič.

Fizikalne značilnosti

Klavno

Električni vodniki morajo biti tlačni; to pomeni, da se morajo deformirati, ne da bi se zlomili.

Konduktivni materiali se pogosto uporabljajo v gospodinjskih ali industrijskih aplikacijah, v katerih se morajo upogibati in upogibati; zato je pokvarljivost izjemno pomembna lastnost.

Odporen

Ti materiali morajo biti odporni proti obrabi, da prenesejo mehanske obremenitve, ki so jim običajno izpostavljeni, skupaj z visokimi temperaturami zaradi kroženja toka.

Izolacijski sloj

Kadar se uporabljajo v stanovanjski ali industrijski uporabi ali kot del medsebojno povezanega napajalnega sistema, morajo biti prevodniki vedno prekriti s primerno izolacijsko plastjo.

Ta zunanja plast, znana tudi kot izolacijski plašč, je potrebna za preprečitev, da bi električni tok, ki teče skozi prevodnik, prišel v stik z ljudmi ali predmeti okoli njega.

Vrste električnih vodnikov

Obstajajo različne kategorije električnih prevodnikov in v vsaki kategoriji so materiali ali mediji z najvišjo električno prevodnostjo.

Po odličnosti so najboljši električni vodniki trdne kovine, med katerimi izstopajo baker, zlato, srebro, aluminij, železo in nekatere zlitine.

Vendar obstajajo druge vrste materialov ali raztopin, ki imajo dobre lastnosti električnega prevodnosti, na primer grafitne ali fiziološke raztopine.

Glede na način izvedbe električne prevodnosti je mogoče razlikovati tri vrste materialov ali prevodnih medijev, ki so podrobno opisane spodaj:

Kovinski vodniki

To skupino sestavljajo trdne kovine in njihove zlitine.

Kovinski prevodniki svojo visoko prevodnost dolgujejo oblakom prostih elektronov, ki ugodno krožijo električni tok skozi njih. Kovine oddajo elektrone, ki se nahajajo v zadnji orbiti svojih atomov, ne da bi vložili večje količine energije, zaradi česar je skok elektronov z enega atoma na drugega ugoden.

Po drugi strani je za zlitine značilno, da imajo velik upor; to pomeni, da predstavljajo upor, sorazmeren z dolžino in premerom prevodnika.

Najpogosteje uporabljane zlitine v električnih napeljavah so medenina, zlitina bakra in cinka; pločevinka, zlitina železa in kositra; bakrove nikljeve zlitine; in zlitine kroma niklja.

Elektrolitični vodniki

To so rešitve, sestavljene iz prostih ionov, ki pomagajo ionskemu razredu električne prevodnosti.

Te vrste prevodnikov so večinoma prisotne v ionskih raztopinah, saj morajo biti elektrolitske snovi delno (ali popolna) disociacija, da nastanejo ioni, ki bodo nosilci naboja.

Elektrolitični vodniki svoje delovanje temeljijo na kemijskih reakcijah in izpodrivanju snovi, kar olajša gibanje elektronov po krožni poti, ki jo omogočajo prosti ioni.

Plinasti prevodniki

V to kategorijo spadajo plini, ki so bili predhodno podvrženi ionizacijskemu postopku, ki omogoča prevajanje električne energije skozi njih.

Zrak sam deluje kot prevodnik električne energije, ko ob dielektričnem razpadu služi kot prevodni medij za nastanek strele in električnih razelektritev.

Primeri dirigentov

Aluminij

Zelo se uporablja v nadzemnih električnih prenosnih sistemih, saj je kljub 35-odstotni nižji prevodnosti v primerjavi z žarenim bakrom njegova teža trikrat lažja.

Visokonapetostne vtičnice so običajno pokrite z zunanjo površino polivinilklorida (PVC), ki preprečuje, da bi se prevodnik pregreval in izoliral prehod električnega toka od zunaj.

baker

To je kovina, ki se najpogosteje uporablja kot električni vodnik v industrijskih in stanovanjskih aplikacijah, glede na ravnovesje med njeno prevodnostjo in ceno.

Baker se lahko uporablja v vodnikih nizkega in srednjega profila z eno ali več žic, odvisno od amperometrične zmogljivosti prevodnika.

Zlato

Je material, ki se uporablja v elektronskih sklopih mikroprocesorjev in integriranih vezij. Med drugim se uporablja tudi za izdelavo akumulatorskih sponk za vozila.

Prevodnost zlata je približno 20% manjša od prevodnosti žganega zlata. Je pa zelo trpežen in odporen proti koroziji material.

Srebrna

S prevodnostjo 6,30 x 10 ⁷ Sm ^-1 (9-10% večja od prevodnosti žarjenega bakra) je kovina z najvišjo električno prevodnostjo doslej znana.

Je zelo lepljiv in nodularni material, s trdoto, ki je primerljiv s trdnostjo zlata ali bakra. Vendar so njegovi stroški izjemno visoki, zato njegova uporaba v industriji ni tako pogosta.

Reference

1. Električni vodnik (sf). Obeleženo. Havana Kuba. Pridobljeno: eured.cu
2. Električni vodniki (sf). Pridobljeno iz: aprendeelectricidad.weebly.com
3. Longo, J. (2009) Električni vodniki. Pridobljeno: vivehogar.republica.com
4. Martín, T in Serrano A. (drugi). Dirigenti v elektrostatičnem ravnovesju. Politehnična univerza v Madridu. Španija. Pridobljeno: montes.upm.es
5. Pérez, J. in Gardey, A. (2016). Opredelitev električnega vodnika. Pridobljeno iz: definicion.de
6. Lastnosti električnih vodnikov (sf). Pridobljeno: neetescuela.org
7. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Električna prevodnost. Pridobljeno: es.wikipedia.org
8. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Električni vodnik. Pridobljeno: es.wikipedia.org