SÄHKÖJOHTIMET: TYYPIT JA PÄÄOMINAISUUDET - FYYSINEN - 2026

Sähköjohtimia tai johtavista materiaaleista ovat ne, joilla on vähän virtausvastusta sähkövirran, koska sen erityisiä ominaisuuksia. Sähköjohtimien atomirakenne helpottaa elektronien liikkumista niiden läpi, minkä kanssa tämä tyyppinen elementti edistää sähkön siirtoa.

Johtimet voidaan esittää eri muodoissa, yksi näistä on materiaalia erityisissä fyysisissä olosuhteissa, kuten metallitangot (tangot), joita ei ole tehty osana sähköpiirejä. Huolimatta siitä, että nämä materiaalit eivät ole osa sähkökokoonpanoa, ne säilyttävät johtavuutensa aina.

On myös yksinapaisia ​​tai moninapaisia ​​sähköjohtimia, joita käytetään muodollisesti sähköpiirien kytkentäelementteinä asuin- ja teollisuusympäristöissä. Tämän tyyppinen johdin voidaan muodostaa kuparilankojen tai muun tyyppisen metallimateriaalin sisäpuolelle, peittämällä eristävä pinta.

Lisäksi piirikokoonpanosta riippuen voidaan erottaa johtimet asuinkäyttöön (ohuet) tai kaapelit maanjakelujärjestelmien maanalaisten hanien varten (paksut).

Tätä artikkelia varten keskitymme johtavien materiaalien ominaisuuksiin niiden puhtaassa tilassa; Lisäksi tiedämme, mitkä ovat nykyisin eniten käytettyjä johtavia materiaaleja ja miksi.

ominaisuudet

Sähköjohtimille on ominaista se, että ne eivät tarjoa suurta vastustusta sähkövirran kulkemiselle niiden läpi, mikä on mahdollista vain niiden sähköisten ja fysikaalisten ominaisuuksien ansiosta, jotka takaavat, että sähkön kierto johtimen läpi ei aiheuta muodonmuutoksia tai tuhoa. kyseisestä materiaalista.

Sähköiset ominaisuudet

Sähköjohtimien tärkeimmät sähköominaisuudet ovat seuraavat:

Hyvä johtavuus

Sähköjohtimilla on oltava hyvä sähkönjohtavuus, jotta ne voivat suorittaa sähköenergian kuljetustoiminnon.

Kansainvälinen sähkötekninen toimikunta päätti vuoden 1913 puolivälissä, että kuparin sähkönjohtavuus puhtaassa tilassa voisi toimia referenssinä muiden johtavien materiaalien johtavuuden mittaamiseen ja vertaamiseen.

Siksi perustettiin kansainvälinen hemmoteltu kuparistandardi (IACS sen lyhenteellä englanniksi).

Hyväksytty vertailuarvo oli hehkutetun kuparilangan, jonka pituus on yksi metri ja yhden gramman massa 20 ° C: n lämpötilassa, jonka arvo on yhtä suuri kuin 5,80 x ¹⁰⁷ Sm ^-1, johtavuus. Tätä arvoa kutsutaan 100-prosenttiseksi sähkönjohtavuudeksi IACS, ja se on vertailukohta johtavien materiaalien johtavuuden mittaamiseen.

Johtavana materiaalina pidetään sellaisenaan, jos sen IACS on yli 40%. Materiaaleja, joiden johtavuus on suurempi kuin 100% IACS, pidetään suuren johtavuuden materiaaleina.

Atomirakenne mahdollistaa virran kulkemisen

Atomirakenne mahdollistaa sähkövirran kulkemisen, koska atomien valenssikuoressa on vähän elektroneja ja nämä elektronit puolestaan ​​ovat irronneet atomin ytimestä.

Kuvattu kokoonpano merkitsee, että elektronien liikkumiseksi atomista toiseen ei tarvita suurta määrää energiaa, mikä helpottaa elektronien liikettä johtimen läpi.

Tämän tyyppisiä elektroneja kutsutaan vapaiksi elektroneiksi. Niiden sijoitus ja liikkumisvapaus koko atomirakenteessa tekevät sähkön kiertämisen johtimen läpi johtavana.

Yhdistyneet ytimet

Johtimien molekyylirakenne koostuu tiiviisti sidotusta ydinverkosta, joka pysyy käytännössä liikkumattomana koheesionsa vuoksi.

Tämä tekee molekyylin sisällä kaukana olevien elektronien liikkeestä johtavan, koska ne liikkuvat vapaasti ja reagoivat sähkökentän läheisyyteen.

Tämä reaktio indusoi elektronien liikettä tiettyyn suuntaan, mikä sallii sähkövirran kiertämisen johtavan materiaalin läpi.

Sähköstaattinen tasapaino

Tietyn varauksen alaisena johtavat materiaalit saavuttavat lopulta sähköstaattisen tasapainotilan, jossa varausten liikettä materiaalissa ei tapahdu.

Positiiviset varaukset agglomeroituvat materiaalin toisessa päässä ja negatiiviset varaukset kertyvät vastakkaiseen päähän. Varantojen siirtyminen johtimen pintaa kohti tuottaa samanlaiset ja vastakkaiset sähkökentät johtimen sisällä. Siten materiaalin kokonaisinen sisäinen sähkökenttä on nolla.

Fyysiset ominaisuudet

taottava

Sähköjohtimien on oltava muovattavia; toisin sanoen niiden on kyettävä muodonmuutumaan rikkomatta.

Johtavia materiaaleja käytetään usein kotitalous- tai teollisuussovelluksissa, joissa ne on taivutettava; siksi muokattavuus on erittäin tärkeä ominaisuus.

kestävä

Näiden materiaalien on oltava kulutusta kestäviä, jotta ne kestäisivät mekaanisen rasituksen olosuhteet, joihin ne yleensä kohdistuvat, yhdistettynä korkeisiin lämpötiloihin virran kiertämisen vuoksi.

Eristävä kerros

Kun johtimia käytetään asuin- tai teollisuussovelluksissa tai osana toisiinsa kytkettyä sähköverkkoa, johtimien on aina peitettävä sopivalla eristyskerroksella.

Tämä ulkokerros, joka tunnetaan myös eristevaipana, on välttämätön estämään johtimen läpi virtaava sähkövirta joutumasta kosketuksiin ihmisten tai esineiden kanssa sen ympärillä.

Sähköjohtimien tyypit

Sähköjohtimia on eri luokkia, ja puolestaan ​​jokaisessa luokassa ovat materiaalit tai välineet, joilla on suurin sähkönjohtavuus.

Erinomaisesti parhaat sähköjohtimet ovat kiinteät metallit, joista erottuu kupari, kulta, hopea, alumiini, rauta ja jotkut seokset.

On kuitenkin olemassa muun tyyppisiä materiaaleja tai ratkaisuja, joilla on hyvät sähkönjohtavuusominaisuudet, kuten grafiitti- tai suolaliuoksia.

Sähköjohtamisen suoritustavasta riippuen on mahdollista erotella kolme materiaalityyppiä tai johtavaa väliainetta, jotka kuvataan yksityiskohtaisesti alla:

Metallijohtimet

Tämä ryhmä koostuu kiinteistä metalleista ja niiden vastaavista seoksista.

Metallijohtimet ovat velkaa suuren johtavuutensa vapaiden elektronien pilveille, jotka suosivat sähkövirran kiertoa niiden läpi. Metallit luovuttavat atomiensa viimeisellä kiertoradalla sijaitsevat elektronit sijoittamatta suurempia määriä energiaa, mikä tekee elektronien hyppäämisestä atomista toiseen lupaavaksi.

Toisaalta seoksille on tunnusomaista korkea vastus; ts. niiden resistanssi on verrannollinen johtimen pituuteen ja halkaisijaan.

Sähköasennuksissa yleisimmin käytetyt seokset ovat messinki, kupari-sinkkiseos; tinalevy, seosta rautaa ja tinaa; kuparinikkeliseokset; ja krominikkeliseokset.

Elektrolyyttiset johtimet

Nämä ovat vapaista ioneista koostuvia ratkaisuja, jotka auttavat ioniluokan sähkönjohtavuutta.

Suurimmaksi osaksi tämäntyyppisiä johtimia on läsnä ionisissa liuoksissa, koska elektrolyyttisten aineiden on läpikäytävä osittainen (tai täydellinen) dissosioituminen, jotta muodostuu ioneja, jotka ovat varauskantajia.

Elektrolyyttiset johtimet perustavat toimintansa kemiallisiin reaktioihin ja aineen siirtymiseen, mikä helpottaa elektronien liikkumista kiertoväylän läpi, jonka vapaat ionit mahdollistavat.

Kaasumaiset johtimet

Tähän luokkaan kuuluvat kaasut, joille on aikaisemmin annettu ionisaatioprosessi, joka mahdollistaa sähkön johtamisen niiden läpi.

Ilma itse toimii sähkönjohtimena, kun se dielektrisen hajoamisen yhteydessä toimii johtavana väliaineena salaman ja sähköpurkausten muodostumisessa.

Esimerkkejä johtimista

Alumiini

Sitä käytetään voimakkaasti yleissä sähkönsiirtojärjestelmissä, koska huolimatta siitä, että sen johtavuus on 35% pienempi kuin hehkutetussa kuparissa, sen paino on kolme kertaa kevyempi kuin jälkimmäinen.

Suurjännitepistokkeet peitetään yleensä polyvinyylikloridin (PVC) ulkopinnalla, joka estää johtimen ylikuumenemasta ja eristää sähkövirran kulun ulkopuolelta.

Kupari

Se on metalli, jota käytetään eniten sähköjohtimena teollisuus- ja asuntokohteissa, kun otetaan huomioon sen johtavuuden ja hinnan välinen tasapaino.

Kuparia voidaan käyttää pienen ja keskipitkän johtimissa, joissa on yksi tai useampi johdin, johtimen amperometrisen kapasiteetin mukaan.

Kulta

Se on materiaali, jota käytetään mikroprosessorien ja integroitujen piirien elektronisissa kokoonpanoissa. Sitä käytetään myös ajoneuvojen akkupäätteiden valmistukseen, muun muassa.

Kullan johtavuus on noin 20% pienempi kuin hehkuneen kullan johtavuus. Se on kuitenkin erittäin kestävä ja korroosionkestävä materiaali.

Hopea

Johtavuudella 6,30 x ¹⁰⁷ Sm ^-1 (9-10% korkeampi kuin hehkutetun kuparin johtavuus) se on metalli, jolla on tähän mennessä suurin sähköjohtavuus.

Se on hyvin muokattava ja muovautuva materiaali, jonka kovuus on verrattavissa kullan tai kuparin kovuuteen. Sen kustannukset ovat kuitenkin erittäin korkeat, joten sen käyttö ei ole niin yleistä teollisuudessa.

Viitteet

1. Sähköjohdin (sf). Ecured. Havana Kuuba. Palautettu: ecured.cu
2. Sähköjohtimet (sf). Palautettu osoitteesta: aprendeelectricidad.weebly.com
3. Longo, J. (2009) sähkönjohtimet. Palautettu osoitteesta: vivehogar.republica.com
4. Martín, T ja Serrano A. (toinen). Johtimet sähköstaattisessa tasapainossa. Madridin ammattikorkeakoulu. Espanja. Palautettu: montes.upm.es
5. Pérez, J. ja Gardey, A. (2016). Sähköjohtimen määritelmä. Palautettu osoitteesta: definicion.de
6. Sähköjohtimien ominaisuudet (sf). Palautettu osoitteesta: neetescuela.org
7. Wikipedia, Vapaa tietosanakirja (2018). Sähkönjohtavuus. Palautettu osoitteesta: es.wikipedia.org
8. Wikipedia, Vapaa tietosanakirja (2018). Sähköjohdin. Palautettu osoitteesta: es.wikipedia.org