Τύποι ηλεκτρικών αγωγών και κύρια χαρακτηριστικά

Το ηλεκτρικούς αγωγούς ή αγώγιμα υλικά είναι εκείνες που έχουν μικρή αντίσταση στην κυκλοφορία του ηλεκτρικού ρεύματος, λόγω των ειδικών ιδιοτήτων τους. Η ατομική δομή των ηλεκτρικών αγωγών διευκολύνει την κίνηση των ηλεκτρονίων μέσω αυτών, με τα οποία αυτό το είδος στοιχείων ευνοεί τη μετάδοση ηλεκτρισμού.

Οι αγωγοί μπορούν να εμφανιστούν ποικίλες μορφές, ένα από τα οποία είναι το υλικό σε συγκεκριμένες φυσικές συνθήκες, όπως οι μεταλλικές ράβδοι που δεν έχουν επεξεργαστεί ώστε να αποτελούνται από ηλεκτρικά κυκλώματα. Παρά το γεγονός ότι δεν αποτελούν μέρος ηλεκτρικού συγκροτήματος, τα υλικά αυτά διατηρούν πάντοτε τις οδηγικές τους ιδιότητες.

Υπάρχουν επίσης μονοπολικοί ή πολυπολικοί ηλεκτρικοί αγωγοί, οι οποίοι χρησιμοποιούνται τυπικά ως συνδετικά στοιχεία ηλεκτρικών κυκλωμάτων σε κατοικημένες και βιομηχανικές περιοχές. Αυτός ο τύπος αγωγού μπορεί να διαμορφωθεί μέσα από σύρματα χαλκού ή άλλο τύπο μεταλλικού υλικού, καλυμμένο με μονωτική επιφάνεια.

Επιπλέον, ανάλογα με τη διαμόρφωση του κυκλώματος, οι αγωγοί μπορούν να διαφοροποιηθούν για οικιακές εφαρμογές (λεπτό) ή καλώδια για υπόγειες υποδοχές σε ηλεκτρικά συστήματα διανομής (παχύ).

Για τους σκοπούς αυτού του άρθρου, θα εστιάσουμε στα χαρακτηριστικά των αγώγιμων υλικών στην καθαρή τους κατάσταση. Επιπλέον, θα γνωρίζουμε ποια είναι τα συνηθέστερα χρησιμοποιούμενα αγώγιμα υλικά και γιατί.

Ευρετήριο

• 1 Χαρακτηριστικά
  • 1.1 Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά
  • 1.2 Φυσικά χαρακτηριστικά
• 2 Τύποι ηλεκτρικών αγωγών
  • 2.1 Μεταλλικοί αγωγοί
  • 2.2 Ηλεκτρολυτικοί αγωγοί
  • 2.3 Αγωγοί αερίου
• 3 Παραδείγματα οδηγών
  • 3.1 Αλουμίνιο
  • 3.2 Χαλκός
  • 3.3 Χρυσός
  • 3.4 Ασημί
• 4 Αναφορές

Χαρακτηριστικά

Οι ηλεκτρικοί αγωγοί που χαρακτηρίζεται με το να μην προσφέρουν μεγάλη αντίσταση στη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος μέσω αυτών, η οποία είναι δυνατή μόνο λόγω της ηλεκτρικές και φυσικές ιδιότητες, για να εξασφαλιστεί ότι η ροή του ηλεκτρικού ρεύματος από τον οδηγό δεν επάγει την παραμόρφωση ή καταστροφή του εν λόγω υλικού.

Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά

Τα κύρια ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των ηλεκτρικών αγωγών είναι τα ακόλουθα:

Καλή αγωγιμότητα

Οι ηλεκτρικοί αγωγοί πρέπει να έχουν καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα για να εκπληρώνουν τη λειτουργία τους για μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας.

Διεθνής Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή προσδιορίζεται στα μέσα 1913 ότι η ηλεκτρική αγωγιμότητα του καθαρού χαλκού θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως σημείο αναφοράς για τη μέτρηση και τη σύγκριση της αγωγιμότητας των άλλων αγώγιμων υλικών.

Έτσι, θεσπίστηκε το διεθνές πρότυπο για την ανόπτηση χαλκού (Πρότυπο διεθνούς ανακατασκευασμένου χαλκού, IACS για το ακρωνύμιό της στα αγγλικά).

Η εγκριθείσα αναφορά ήταν η αγωγιμότητα ενός ανηγμένου σύρματος χαλκού μήκους ενός μέτρου και ενός γραμμαρίου μάζας στους 20 ° C, η τιμή του οποίου είναι ίσο με 5.80 χ 10⁷ S.m.^-1. Αυτή η τιμή είναι γνωστή ως 100% ηλεκτρική αγωγιμότητα IACS και είναι το σημείο αναφοράς για τη μέτρηση της αγωγιμότητας των αγώγιμων υλικών.

Ένα αγώγιμο υλικό θεωρείται ως τέτοιο εάν έχει περισσότερο από 40% IACS. Υλικά που έχουν αγωγιμότητα μεγαλύτερη από 100% IACS θεωρούνται υλικά υψηλής αγωγιμότητας.

Η ατομική δομή επιτρέπει τη διέλευση του ρεύματος

Η ατομική δομή επιτρέπει τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος, αφού τα άτομα έχουν λίγα ηλεκτρόνια στο κέλυφος σθένους τους και με τη σειρά τους αυτά τα ηλεκτρόνια αποσπώνται από τον πυρήνα του ατόμου.

Τα περιγραφόμενα μέσα που δεν απαιτεί πολλή ενέργεια για τα ηλεκτρόνια να κινούνται από το ένα άτομο στο άλλο, διευκολύνουν την κυκλοφορία των ηλεκτρονίων μέσω του αγωγού.

Αυτός ο τύπος ηλεκτρονίων ονομάζεται ελεύθερα ηλεκτρόνια. Η διάθεσή του και η ελευθερία κινήσεων κατά μήκος της ατομικής δομής είναι αυτό που διευκολύνει την κυκλοφορία του ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του οδηγού.

Ηνωμένες πυρήνες

Η μοριακή δομή των αγωγών αποτελείται από ένα στενά συνδεδεμένο δίκτυο πυρήνων, το οποίο παραμένει πρακτικά ακίνητο λόγω της συνοχής του.

Αυτό κάνει την κίνηση των ηλεκτρονίων που είναι μακριά μέσα στο μόριο ευνοϊκή, καθώς κινούνται ελεύθερα και αντιδρούν στην γειτνίαση ενός ηλεκτρικού πεδίου. 

Αυτή η αντίδραση προκαλεί την κίνηση των ηλεκτρονίων σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, η οποία προκαλεί την κυκλοφορία του ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του αγώγιμου υλικού.

Ηλεκτροστατική ισορροπία

Όταν υποβάλλονται σε ένα συγκεκριμένο φορτίο, τα αγώγιμα υλικά τελικά φθάνουν σε μία κατάσταση ηλεκτροστατικής ισορροπίας στην οποία δεν υπάρχει κίνηση φορτίων μέσα στο υλικό.

Τα θετικά φορτία συσσωματώνονται στο ένα άκρο του υλικού και τα αρνητικά φορτία συσσωρεύονται στο αντίθετο άκρο. Η μετατόπιση των φορτίων προς την επιφάνεια του αγωγού δημιουργεί την ύπαρξη ίσων και αντίθετων ηλεκτρικών πεδίων στο εσωτερικό του αγωγού. Έτσι, το συνολικό εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο μέσα στο υλικό είναι μηδέν.

Φυσικά χαρακτηριστικά

Μαλακό

Οι ηλεκτρικοί αγωγοί πρέπει να είναι εύκαμπτοι. δηλαδή, πρέπει να μπορούν να παραμορφωθούν χωρίς να σπάσουν.

Τα αγώγιμα υλικά χρησιμοποιούνται συνήθως σε οικιακές ή βιομηχανικές εφαρμογές, στα οποία πρέπει να υποβάλλονται σε στροφές και στροφές. γι 'αυτό, η ελαφρότητα είναι ένα εξαιρετικά σημαντικό χαρακτηριστικό.

Ανθεκτικό

Αυτά τα υλικά πρέπει να είναι ανθεκτικά στη φθορά να αντέχουν τις μηχανικές συνθήκες στρες οι οποίες συχνά υποβάλλονται, σε συνδυασμό με τις υψηλές θερμοκρασίες, λόγω της ροής του ρεύματος.

Στρώμα μόνωσης

Όταν χρησιμοποιούνται σε οικιακή, βιομηχανική εφαρμογή ή ως μέρος του διασυνδεδεμένου συστήματος τροφοδοσίας, οι αγωγοί πρέπει πάντοτε να καλύπτονται με κατάλληλο μονωτικό στρώμα.

Αυτό το εξωτερικό στρώμα, επίσης γνωστό και ως μόνωση σακάκι, απαιτείται για να αποτρέψει το ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει μέσω του αγωγού είναι σε επαφή με ανθρώπους ή αντικείμενα που βρίσκονται γύρω.

Τύποι ηλεκτρικών αγωγών

Υπάρχουν διάφορες κατηγορίες ηλεκτρικών αγωγών και, με τη σειρά τους, σε κάθε κατηγορία είναι τα υλικά ή τα μέσα με την υψηλότερη ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Κατ 'εξοχήν, οι καλύτερες ηλεκτρικοί αγωγοί είναι στερεά μέταλλα, μεταξύ των οποίων περιλαμβάνονται ο χαλκός, χρυσός, άργυρος, αλουμίνιο, σίδηρο και μερικά κράματα.

Ωστόσο, υπάρχουν και άλλοι τύποι υλικών ή λύσεων που έχουν καλές ηλεκτρικές ιδιότητες αγωγιμότητας, όπως διαλύματα γραφίτη ή αλατιού.

Ανάλογα με τη μορφή με την οποία εκτελεί ηλεκτρική αγωγιμότητα, είναι εφικτό να διακρίνουμε τρεις τύπους των υλικών ή τη διεξαγωγή μέσα, τα οποία αναφέρονται παρακάτω:

Μεταλλικοί αγωγοί

Αυτή η ομάδα αποτελείται από στερεά μέταλλα και τα αντίστοιχα κράματά τους.

Οι μεταλλικοί αγωγοί οφείλουν την υψηλή αγωγιμότητα τους στα σύννεφα των ελεύθερων ηλεκτρονίων που ευνοούν την κυκλοφορία του ηλεκτρικού ρεύματος μέσω αυτών. Τα μέταλλα δίνουν τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται στην τελευταία τροχιά των ατόμων τους χωρίς να επενδύουν μεγαλύτερες ποσότητες ενέργειας, πράγμα που κάνει το άλμα των ηλεκτρονίων από το ένα άτομο στο άλλο.

Από την άλλη πλευρά, τα κράματα χαρακτηρίζονται από υψηλή αντίσταση. δηλαδή, έχουν αντοχή ανάλογη προς το μήκος και τη διάμετρο του αγωγού.

Τα συνηθέστερα χρησιμοποιούμενα κράματα σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις είναι ορείχαλκος, κράμα χαλκού και ψευδαργύρου. Πλάκα, κράμα σιδήρου και κασσίτερου. κράματα χαλκού και νικελίου · και χρώμιο και κράματα νικελίου.

Ηλεκτρολυτικοί αγωγοί

Αυτές είναι λύσεις που αποτελούνται από ελεύθερα ιόντα, τα οποία βοηθούν στην ηλεκτρική αγωγιμότητα της ιονικής τάξης.

Ως επί το πλείστον, αυτοί οι τύποι αγωγών υπάρχουν σε ιοντικά διαλύματα, δεδομένου ότι οι ηλεκτρολυτικές ουσίες πρέπει να υποβάλλονται σε μερικές (ή ολικές) αποσυνδέσεις για να σχηματίσουν τα ιόντα που θα είναι φορείς φορτίου.

Οι ηλεκτρολυτικοί αγωγοί βασίζουν τη λειτουργία τους στις χημικές αντιδράσεις και την μετατόπιση της ύλης, η οποία διευκολύνει την κίνηση των ηλεκτρονίων μέσω της διαδρομής της κυκλοφορίας που ενεργοποιείται από τα ελεύθερα ιόντα.

Αγωγοί αερίου

Στην κατηγορία αυτή ανήκουν τα αέρια που έχουν προηγουμένως υποβληθεί σε μια διαδικασία ιονισμού, η οποία επιτρέπει τη διοχέτευση του ηλεκτρισμού μέσω αυτών.

Ο αέρας χρησιμεύει η ίδια ως ένα ηλεκτρικά αγώγιμο, όταν λαμβάνει χώρα η διηλεκτρική διάσπαση, χρησιμεύει ως αγωγός του ηλεκτρισμού για το σχηματισμό των ηλεκτρικών εκκενώσεων ακτίνες.

Παραδείγματα οδηγών

Αλουμίνιο

Χρησιμοποιείται ιδιαίτερα στα εναέρια ηλεκτρικά συστήματα μετάδοσης, επειδή παρά το γεγονός ότι έχει 35% χαμηλότερη αγωγιμότητα σε σύγκριση με το ανόπτη χαλκό, το βάρος του είναι τρεις φορές ελαφρύτερο από το τελευταίο.

Η βρύση υψηλής τάσης είναι συνήθως επικαλυμμένο με μία εξωτερική επιφάνεια του χλωριούχου πολυβινυλίου (PVC), η οποία αποτρέπει την υπερθέρμανση του οδηγού και απομονώνει τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος εκτός.

Χαλκός

Είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο μέταλλο ως ηλεκτρικός αγωγός σε βιομηχανικές και οικιακές εφαρμογές, δεδομένης της ισορροπίας μεταξύ αγωγιμότητας και τιμής.

Ο χαλκός μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αγωγούς μικρού και μεσαίου μεγέθους, με ένα ή περισσότερα καλώδια, ανάλογα με την τρέχουσα χωρητικότητα του αγωγού..

Χρυσό

Είναι υλικό που χρησιμοποιείται σε ηλεκτρονικά συγκροτήματα μικροεπεξεργαστών και ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή των τερματικών μπαταριών για οχήματα, μεταξύ άλλων εφαρμογών.

Η αγωγιμότητα του χρυσού είναι περίπου 20% μικρότερη από την αγωγιμότητα του ανηγμένου χρυσού. Ωστόσο, είναι ένα πολύ ανθεκτικό υλικό και ανθεκτικό στη διάβρωση.

Ασημένιο

Με αγωγιμότητα 6,30 x 10⁷ S.m.^-1 (9-10% υψηλότερη από την αγωγιμότητα του ανηγμένου χαλκού), είναι το μέταλλο με την υψηλότερη ηλεκτρική αγωγιμότητα που είναι γνωστό μέχρι σήμερα.

Είναι ένα πολύ εύπλαστο και εύπλαστο υλικό, με σκληρότητα συγκρίσιμη με εκείνη του χρυσού ή του χαλκού. Ωστόσο, το κόστος του είναι εξαιρετικά υψηλό, οπότε η χρήση του δεν είναι τόσο συνηθισμένη στη βιομηχανία.

Αναφορές

1. Ηλεκτρικός αγωγός (s.f.). Ακούστηκε. Αβάνα, Κούβα Ανακτήθηκε από: ecured.cu
2. Ηλεκτρικοί αγωγοί (s.f.). Ανακτήθηκε από: aprendeelectricidad.weebly.com
3. Longo, J. (2009) Αγωγοί ηλεκτρικής ενέργειας. Ανάκτηση από: vivirhogar.republica.com
4. Martín, Τ και Serrano Α. (S.f.). Αγωγοί σε ηλεκτροστατική ισορροπία. Πολυτεχνείο της Μαδρίτης. Ισπανία Ανακτήθηκε από: montes.upm.es
5. Pérez, J., και Gardey, Α. (2016). Ορισμός ηλεκτρικού αγωγού. Ανακτήθηκε από: definicion.de
6. Ιδιότητες ηλεκτρικών αγωγών (s.f.). Ανακτήθηκε από: neetescuela.org
7. Wikipedia, Η ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια (2018). Ηλεκτρική αγωγιμότητα Ανακτήθηκε από: en.wikipedia.org
8. Wikipedia, Η ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια (2018). Ηλεκτρικός αγωγός Ανακτήθηκε από: en.wikipedia.org