PRZEWODNIKI ELEKTRYCZNE: RODZAJE I GŁÓWNE CECHY - FIZYCZNY - 2026

Przewodniki elektryczne lub materiały przewodzące to takie, które mają niewielki opór dla przepływu prądu elektrycznego, biorąc pod uwagę jego specyficzne właściwości. Struktura atomowa przewodników elektrycznych ułatwia przepływ przez nie elektronów, dzięki czemu ten typ pierwiastka sprzyja przenoszeniu energii elektrycznej.

Przewodniki mogą mieć różne formy, jedną z nich jest materiał w określonych warunkach fizycznych, np. Metalowe pręty (pręty), które nie zostały wykonane jako część obwodów elektrycznych. Pomimo tego, że nie są częścią zespołu elektrycznego, materiały te zawsze zachowują swoje właściwości przewodzące.

Istnieją również jednobiegunowe lub wielobiegunowe przewodniki elektryczne, które są formalnie używane jako elementy łączące obwody elektryczne w warunkach mieszkalnych i przemysłowych. Ten typ przewodnika może być wykonany wewnątrz z drutów miedzianych lub innego rodzaju materiału metalicznego, pokrytego izolującą powierzchnią.

Ponadto, w zależności od konfiguracji obwodu, można rozróżnić przewody do zastosowań domowych (cienkie) lub kable do odgałęzień podziemnych w systemach dystrybucji energii (grube).

Na potrzeby tego artykułu skupimy się na charakterystyce materiałów przewodzących w stanie czystym; Ponadto dowiemy się, które materiały przewodzące są obecnie najczęściej używane i dlaczego.

cechy

Przewodniki elektryczne charakteryzują się niewielką opornością na przepływ przez nie prądu elektrycznego, co jest możliwe tylko dzięki ich właściwościom elektrycznym i fizycznym, które gwarantują, że przepływ prądu elektrycznego przez przewodnik nie wywołuje odkształceń ani zniszczeń. danego materiału.

Parametry elektryczne

Główne właściwości elektryczne przewodników elektrycznych są następujące:

Dobra przewodność

Przewodniki elektryczne muszą mieć dobrą przewodność elektryczną, aby spełniały swoją funkcję transportu energii elektrycznej.

Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna ustaliła w połowie 1913 r., Że przewodnictwo elektryczne miedzi w stanie czystym może służyć jako odniesienie do pomiaru i porównania przewodnictwa innych materiałów przewodzących.

W ten sposób ustanowiono International Annealed Copper Standard (IACS dla akronimu w języku angielskim).

Odniesienia przyjmuje się przewodność odprężonego drutu miedzianego o jeden metr długości i jeden gram masy w 20 ° C, którego wartość jest równa 5,80 x 10 ⁷ Sm ^-1 . Ta wartość jest znana jako 100% przewodności elektrycznej IACS i jest punktem odniesienia dla pomiaru przewodności materiałów przewodzących.

Materiał przewodzący jest uważany za taki, jeśli ma ponad 40% IACS. Materiały, które mają przewodność większą niż 100% IACS, są uważane za materiały o wysokiej przewodności.

Struktura atomowa umożliwia przepływ prądu

Struktura atomu umożliwia przepływ prądu elektrycznego, ponieważ atomy mają niewiele elektronów w swojej powłoce walencyjnej, co z kolei powoduje odłączenie tych elektronów od jądra atomu.

Z opisanej konfiguracji wynika, że ​​przemieszczanie się elektronów z jednego atomu do drugiego nie wymaga dużej ilości energii, co ułatwia ruch elektronów przez przewodnik.

Tego typu elektrony nazywane są swobodnymi elektronami. Ich dyspozycja i swoboda ruchu w całej strukturze atomowej jest tym, co powoduje, że obieg energii elektrycznej przez przewodnik jest odpowiedni.

Zjednoczone jądra

Strukturę molekularną przewodników tworzy gęsto spleciona sieć jąder, która ze względu na swoją spójność pozostaje praktycznie nieruchoma.

To sprawia, że ​​ruch elektronów, które są daleko w cząsteczce, przewodzi, ponieważ poruszają się swobodnie i reagują na bliskość pola elektrycznego.

Ta reakcja indukuje ruch elektronów w określonym kierunku, umożliwiając w ten sposób przepływ prądu elektrycznego przez materiał przewodzący.

Równowaga elektrostatyczna

Poddane szczególnemu ładunkowi materiały przewodzące ostatecznie osiągają stan równowagi elektrostatycznej, w którym nie występuje ruch ładunków w materiale.

Ładunki dodatnie gromadzą się na jednym końcu materiału, a ładunki ujemne na drugim końcu. Przemieszczenie ładunków w kierunku powierzchni przewodnika generuje obecność równych i przeciwnych pól elektrycznych wewnątrz przewodnika. Zatem całkowite wewnętrzne pole elektryczne w materiale wynosi zero.

Charakterystyka fizyczna

Ciągliwy

Przewody elektryczne muszą być plastyczne; to znaczy muszą być zdolne do odkształcania się bez pękania.

Materiały przewodzące są często używane w zastosowaniach domowych lub przemysłowych, w których muszą być poddawane zginaniu i zginaniu; dlatego plastyczność jest niezwykle ważną cechą.

Odporny

Materiały te muszą być odporne na ścieranie, aby wytrzymać warunki naprężeń mechanicznych, którym są zwykle poddawane, w połączeniu z wysokimi temperaturami w wyniku cyrkulacji prądu.

Warstwa uszczelniająca

W przypadku zastosowań mieszkalnych lub przemysłowych lub jako część połączonego systemu zasilania elektrycznego, przewody muszą być zawsze pokryte odpowiednią warstwą izolacyjną.

Ta warstwa zewnętrzna, zwana również płaszczem izolacyjnym, jest niezbędna, aby zapobiec zetknięciu się prądu elektrycznego przepływającego przez przewodnik z ludźmi lub przedmiotami wokół niego.

Rodzaje przewodników elektrycznych

Istnieją różne kategorie przewodników elektrycznych iz kolei w każdej kategorii znajdują się materiały lub media o najwyższej przewodności elektrycznej.

Najlepszymi przewodnikami elektrycznymi są metale stałe, wśród których wyróżnia się miedź, złoto, srebro, aluminium, żelazo i niektóre stopy.

Istnieją jednak inne rodzaje materiałów lub rozwiązań, które mają dobre właściwości przewodzenia elektrycznego, takie jak grafit lub roztwory soli.

W zależności od sposobu, w jaki odbywa się przewodzenie elektryczne, można wyróżnić trzy rodzaje materiałów lub mediów przewodzących, które szczegółowo opisano poniżej:

Przewodniki metalowe

Ta grupa składa się z metali stałych i ich odpowiednich stopów.

Przewodniki metaliczne zawdzięczają swoje wysokie przewodnictwo chmurom wolnych elektronów, które sprzyjają przepływowi przez nie prądu elektrycznego. Metale oddają elektrony znajdujące się na ostatniej orbicie ich atomów bez inwestowania większej ilości energii, co sprzyja przeskakiwaniu elektronów z jednego atomu do drugiego.

Z drugiej strony stopy charakteryzują się dużą rezystywnością; to znaczy, że stawiają opór proporcjonalny do długości i średnicy przewodnika.

Najczęściej używanymi stopami w instalacjach elektrycznych są mosiądz, stop miedzi z cynkiem; blacha biała, stop żelaza i cyny; stopy miedzi i niklu; i stopy chromowo-niklowe.

Przewodniki elektrolityczne

Są to roztwory złożone z wolnych jonów, które wspomagają przewodnictwo elektryczne klasy jonowej.

W większości tego typu przewodniki są obecne w roztworach jonowych, ponieważ substancje elektrolityczne muszą ulec częściowej (lub całkowitej) dysocjacji, aby utworzyć jony, które będą nośnikami ładunku.

Przewodniki elektrolityczne opierają swoje działanie na reakcjach chemicznych i przemieszczaniu materii, co ułatwia przemieszczanie się elektronów po torze cyrkulacji umożliwianym przez wolne jony.

Przewodniki gazowe

W tej kategorii znajdują się gazy, które zostały wcześniej poddane procesowi jonizacji, który umożliwia przewodzenie przez nie energii elektrycznej.

Samo powietrze działa jako przewodnik prądu elektrycznego, gdy w przypadku przebicia dielektryka służy jako medium przewodzące prąd elektryczny do tworzenia wyładowań atmosferycznych i wyładowań elektrycznych.

Przykłady przewodników

Aluminium

Jest szeroko stosowany w napowietrznych systemach przesyłu energii elektrycznej, ponieważ pomimo posiadania o 35% niższej przewodności w porównaniu z wyżarzaną miedzią, jego waga jest trzykrotnie lżejsza niż ta ostatnia.

Gniazda wysokiego napięcia są zwykle pokryte zewnętrzną powierzchnią z polichlorku winylu (PVC), co zapobiega przegrzaniu przewodnika i izoluje przepływ prądu elektrycznego z zewnątrz.

Miedź

Jest to metal najczęściej używany jako przewodnik elektryczny w zastosowaniach przemysłowych i mieszkalnych, biorąc pod uwagę równowagę między przewodnictwem a ceną.

Miedź może być stosowana w przewodach o małej i średniej średnicy, z jednym lub kilkoma drutami, w zależności od pojemności amperometrycznej przewodnika.

Złoto

Jest to materiał stosowany w zespołach elektronicznych mikroprocesorów i układów scalonych. Służy również do produkcji m.in. zacisków akumulatorów do pojazdów.

Przewodnictwo złota jest około 20% mniejsze niż przewodnictwo wyżarzanego złota. Jest to jednak materiał bardzo trwały i odporny na korozję.

Srebro

Z przewodnictwem 6,30 x 10 ⁷ Sm ^-1 (9-10% wyższym niż przewodnictwo miedzi wyżarzonej) jest to metal o najwyższym znanym przewodnictwie elektrycznym.

Jest to bardzo kowalny i ciągliwy materiał, o twardości porównywalnej ze złotem lub miedzią. Jednak jego koszt jest niezwykle wysoki, więc jego stosowanie nie jest tak powszechne w branży.

Bibliografia

1. Przewodnik elektryczny (sf). Ecured. Hawana Kuba. Odzyskany z: ecured.cu
2. Przewodniki elektryczne (sf). Odzyskany z: aprendeelectricidad.weebly.com
3. Longo, J. (2009) Przewodniki elektryczne. Odzyskany z: vivehogar.republica.com
4. Martín, T i Serrano A. (nd). Przewodniki w równowadze elektrostatycznej. Politechnika w Madrycie. Hiszpania. Odzyskany z: montes.upm.es
5. Pérez, J. i Gardey, A. (2016). Definicja przewodnika elektrycznego. Pobrane z: definicion.de
6. Właściwości przewodników elektrycznych (sf). Odzyskane z: neetescuela.org
7. Wikipedia, wolna encyklopedia (2018). Przewodność elektryczna. Odzyskane z: es.wikipedia.org
8. Wikipedia, wolna encyklopedia (2018). Przewodnik elektryczny. Odzyskane z: es.wikipedia.org