ELEKTRISKE LEDERE: TYPER OG HOVEDEGENSKABER - FYSISK - 2025

De elektriske ledere eller ledende materialer er dem, der har ringe modstand mod strømmen af ​​elektrisk strøm i betragtning af dens specifikke egenskaber. Den atomære struktur af elektriske ledere letter bevægelsen af ​​elektroner gennem dem, hvormed denne type element favoriserer transmission af elektricitet.

Ledere kan præsenteres i forskellige former, en af ​​disse er materialet under specifikke fysiske forhold, såsom metalstænger (stænger), der ikke er blevet gjort til at være en del af elektriske kredsløb. På trods af at de ikke er en del af en elektrisk enhed, opretholder disse materialer altid deres ledende egenskaber.

Der er også unipolære eller multipolære elektriske ledere, der formelt bruges som forbindelseselementer til elektriske kredsløb i bolig- og industrielle omgivelser. Denne type leder kan dannes indeni af kobbertråde eller en anden type metallisk materiale, dækket med en isolerende overflade.

Afhængigt af kredsløbskonfigurationen kan der desuden differentieres ledere til boligapplikationer (tynde) eller kabler til underjordiske vandhaner i elektriske distributionssystemer (tykke).

Med henblik på denne artikel vil vi fokusere på egenskaberne ved ledende materialer i deres rene tilstand; Derudover vil vi vide, hvilke er de mest anvendte ledende materialer i dag, og hvorfor.

egenskaber

Elektriske ledere er kendetegnet ved ikke at tilbyde meget modstand mod passage af elektrisk strøm gennem dem, hvilket kun er muligt takket være deres elektriske og fysiske egenskaber, som garanterer, at cirkulation af elektricitet gennem lederen ikke fremkalder deformation eller ødelæggelse. af det pågældende materiale.

Elektriske egenskaber

De vigtigste elektriske egenskaber for elektriske ledere er som følger:

God ledningsevne

Elektriske ledere skal have god elektrisk ledningsevne for at udføre deres funktion af transport af elektrisk energi.

Den Internationale Elektrotekniske Kommission bestemte i midten af ​​1913, at den elektriske ledningsevne af kobber i dens rene tilstand kunne tjene som en reference til måling og sammenligning af ledningsevnen af ​​andre ledende materialer.

Således blev International Anneals Copper Standard (IACS for sin akronym på engelsk) oprettet.

Den vedtagne reference var ledningsevnen af ​​en udglødet kobbertråd med en længde på en meter og et gram masse ved 20 ° C, hvis værdi er lig med 5,80 x ¹⁰⁷ Sm- ¹. Denne værdi er kendt som 100% elektrisk ledningsevne IACS, og det er benchmarken for måling af ledningsevnen af ​​ledende materialer.

Et ledende materiale betragtes som sådan, hvis det har mere end 40% IACS. Materialer, der har en ledningsevne på mere end 100% IACS, betragtes som materialer med høj ledningsevne.

Atomstruktur tillader passering af strøm

Atomstrukturen tillader passage af elektrisk strøm, da atomer har få elektroner i deres valensskal, og til gengæld løsnes disse elektroner fra atomkernen.

Den beskrevne konfiguration indebærer, at en stor mængde energi ikke kræves for at elektroner kan bevæge sig fra et atom til et andet, hvilket letter bevægelsen af ​​elektroner gennem lederen.

Disse typer elektroner kaldes gratis elektroner. Deres disposition og bevægelsesfrihed gennem atomstrukturen er det, der får cirkulationen af ​​elektricitet gennem lederen til at bidrage.

Forenede kerner

Ledernes molekylstruktur består af et tæt stramt netværk af kerner, som forbliver praktisk taget ubevegelige på grund af dens samhørighed.

Dette gør bevægelsen af ​​elektroner, der er langt væk i molekylet, befordrende, da de bevæger sig frit og reagerer på nærheden af ​​et elektrisk felt.

Denne reaktion inducerer bevægelsen af ​​elektronerne i en bestemt retning og tillader derved cirkulation af elektrisk strøm gennem det ledende materiale.

Elektrostatisk balance

Ved at blive udsat for en bestemt ladning når ledende materialer til sidst en tilstand af elektrostatisk ligevægt, hvor bevægelsen af ​​ladninger inden i materialet ikke forekommer.

Positive ladninger agglomererer i den ene ende af materialet, og negative ladninger akkumuleres i den modsatte ende. Forskydningen af ​​ladninger mod lederens overflade genererer tilstedeværelsen af ​​lige og modsatte elektriske felter inde i lederen. Det samlede interne elektriske felt inden i materialet er således nul.

Fysiske egenskaber

formbar

De elektriske ledere skal være formbare; de skal være i stand til at deformere uden at bryde.

Ledende materialer bruges ofte til indenlandske eller industrielle anvendelser, hvor de skal underkastes bøjning og bøjning; derfor er formbarhed en ekstremt vigtig egenskab.

Resistente

Disse materialer skal være modstandsdygtige over for slid for at modstå betingelserne for mekanisk belastning, som de normalt udsættes for, kombineret med høje temperaturer på grund af strømmen.

Isolerende lag

Når de anvendes i en bolig- eller industriel applikation eller som en del af det sammenkoblede elektriske forsyningssystem, skal lederne altid være dækket af et passende isoleringslag.

Dette ydre lag, også kendt som en isolerende kappe, er nødvendigt for at forhindre, at den elektriske strøm, der strømmer gennem lederen, kommer i kontakt med mennesker eller genstande omkring den.

Typer af elektriske ledere

Der er forskellige kategorier af elektriske ledere, og til gengæld er i hver kategori materialer eller medier med den højeste elektriske ledningsevne.

Fremragende er de bedste elektriske ledere faste metaller, blandt hvilke kobber, guld, sølv, aluminium, jern og nogle legeringer skiller sig ud.

Der er imidlertid andre typer materialer eller opløsninger, der har gode elektriske ledningsegenskaber, såsom grafit eller saltopløsninger.

Afhængigt af den måde, hvorpå elektrisk ledning udføres, er det muligt at differentiere tre typer materialer eller ledende medier, som er detaljeret nedenfor:

Metalledere

Denne gruppe består af faste metaller og deres respektive legeringer.

Metalledere skylder deres høje ledningsevne for skyer af frie elektroner, der favoriserer cirkulation af elektrisk strøm gennem dem. Metaller opgiver elektronerne placeret i den sidste bane af deres atomer uden at investere større mængder energi, hvilket gør springet af elektroner fra det ene atom til det andet vellykket.

På den anden side er legeringerne kendetegnet ved at have en høj resistivitet; det vil sige, de udviser en modstand, der er proportional med længden og diameteren af ​​lederen.

De mest almindeligt anvendte legeringer i elektriske installationer er messing, en kobber-zinklegering; tinplade, en legering af jern og tin; kobber nikkellegeringer; og krom nikkellegeringer.

Elektrolytiske ledere

Dette er opløsninger, der består af frie ioner, som hjælper med elektrisk ledning i ionklassen.

For det meste er disse typer af ledere til stede i ioniske opløsninger, da de elektrolytiske stoffer skal gennemgå delvis (eller total) dissociation for at danne de ioner, der vil være ladningsbærere.

Elektrolytiske ledere baserer deres funktion på kemiske reaktioner og på forskydning af stof, hvilket letter bevægelsen af ​​elektroner gennem cirkulationsbanen, der er muliggjort af frie ioner.

Gasformede ledere

I denne kategori er de gasser, der tidligere har været udsat for en ioniseringsproces, der muliggør ledning af elektricitet gennem dem.

Luft fungerer selv som en leder af elektricitet, når den ved dielektrisk nedbrydning tjener som et ledende medium til dannelse af lyn og elektriske udladninger.

Eksempler på ledere

Aluminium

Det er meget brugt i elektriske overførselssystemer, da det på trods af at have en 35% lavere ledningsevne sammenlignet med udglødet kobber, er dens vægt tre gange lettere end sidstnævnte.

Højspændingsstik er normalt dækket af en ydre overflade af polyvinylchlorid (PVC), som forhindrer lederen i at blive for varm og isolerer passagen af ​​elektrisk strøm udefra.

Kobber

Det er det metal, der mest bruges som elektrisk leder i industrielle og boligmæssige anvendelser, i betragtning af den balance, den giver mellem dens ledningsevne og dets pris.

Kobber kan bruges i ledere med lav og mellemstor måling med en eller flere ledninger, afhængigt af lederens amperometriske kapacitet.

Guld

Det er et materiale, der bruges i elektroniske samlinger af mikroprocessorer og integrerede kredsløb. Det bruges også til at fremstille batteriterminaler til køretøjer, blandt andre anvendelser.

Konduktiviteten af ​​guld er ca. 20% mindre end konduktiviteten af ​​udglødet guld. Det er dog et meget holdbart og korrosionsbestandigt materiale.

Sølv

Med en konduktivitet på 6,30 x 10 ⁷ Sm ^-1 (9-10% højere end konduktiviteten for udglødet kobber) er det metallet med den højeste elektriske ledningsevne, der er kendt til dato.

Det er et meget formbart og duktilt materiale med en hårdhed, der kan sammenlignes med guld eller kobber. Imidlertid er omkostningerne ekstremt høje, så brugen er ikke så almindelig i branchen.

Referencer

1. Elektrisk leder (sf). Ecured. Havana Cuba. Gendannes fra: ecured.cu
2. Elektriske ledere (sf). Gendannes fra: aprendeelectricidad.weebly.com
3. Longo, J. (2009) Elektricitetsledere. Gendannes fra: vivehogar.republica.com
4. Martín, T og Serrano A. (nd). Ledere i elektrostatisk ligevægt. Polytechnic University of Madrid. Spanien. Gendannes fra: montes.upm.es
5. Pérez, J. og Gardey, A. (2016). Definition af elektrisk leder. Gendannet fra: definicion.de
6. Egenskaber ved elektriske ledere (sf). Gendannet fra: neetescuela.org
7. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Elektrisk ledningsevne. Gendannet fra: es.wikipedia.org
8. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Elektrisk leder. Gendannet fra: es.wikipedia.org