ELEKTRICKÉ VODIČE: TYPY A HLAVNÍ CHARAKTERISTIKY - FYZICKÝ - 2025

Tyto elektrické vodiče nebo vodivé materiály jsou ty, které mají malou odolnost proti toku elektrického proudu, vzhledem k jeho specifické vlastnosti. Atomová struktura elektrických vodičů usnadňuje pohyb elektronů skrz ně, čímž tento typ prvku zvýhodňuje přenos elektřiny.

Vodiče mohou být prezentovány v různých formách, jedním z nich je materiál ve specifických fyzikálních podmínkách, jako jsou kovové tyče (tyče), které nebyly vyrobeny jako součást elektrických obvodů. Přestože nejsou součástí elektrické sestavy, tyto materiály si vždy zachovávají své vodivé vlastnosti.

Existují také jednopólové nebo vícepolární elektrické vodiče, které se formálně používají jako spojovací prvky elektrických obvodů v obytných a průmyslových podmínkách. Tento typ vodiče může být vytvořen uvnitř měděnými dráty nebo jiným typem kovového materiálu, pokrytým izolačním povrchem.

Kromě toho lze v závislosti na konfiguraci obvodu rozlišit vodiče pro obytné aplikace (tenké) nebo kabely pro podzemní odbočky v elektrických rozvodných systémech (silné).

Pro účely tohoto článku se zaměříme na vlastnosti vodivých materiálů v jejich čistém stavu; Kromě toho budeme vědět, jaké jsou dnes nejpoužívanější vodivé materiály a proč.

vlastnosti

Elektrické vodiče se vyznačují tím, že nenabízejí velký odpor proti průchodu elektrického proudu skrz ně, což je možné pouze díky jejich elektrickým a fyzikálním vlastnostem, které zaručují, že cirkulace elektřiny skrz vodič nezpůsobuje deformaci nebo destrukci. materiálu.

Elektrické vlastnosti

Hlavní elektrické vlastnosti elektrických vodičů jsou následující:

Dobrá vodivost

Elektrické vodiče musí mít dobrou elektrickou vodivost, aby mohly plnit svou funkci přenosu elektrické energie.

Mezinárodní elektrotechnická komise v polovině roku 1913 stanovila, že elektrická vodivost mědi v jejím čistém stavu může sloužit jako reference pro měření a porovnávání vodivosti jiných vodivých materiálů.

Byl tak vytvořen mezinárodní žíhaný měděný standard (IACS pro jeho zkratku v angličtině).

Referenční přijala byla vodivost žíhaném měděného drátu jednoho metru na délku a jeden gram hmotnosti při 20 ° C, jejíž hodnota se rovná 5,80 x 10 ⁷ Sm ^-1. Tato hodnota je známa jako 100% elektrická vodivost IACS a je měřítkem pro měření vodivosti vodivých materiálů.

Vodivý materiál se považuje za takový, pokud má více než 40% IACS. Materiály, které mají vodivost větší než 100% IACS, se považují za materiály s vysokou vodivostí.

Atomová struktura umožňuje průchod proudu

Atomová struktura umožňuje průchod elektrického proudu, protože atomy mají v jejich valenčním pouzdru málo elektronů a tyto elektrony jsou zase od jádra atomu odděleny.

Popsaná konfigurace znamená, že pro přenos elektronů z jednoho atomu na druhý není zapotřebí velké množství energie, což usnadňuje pohyb elektronů dirigentem.

Tyto typy elektronů se nazývají volné elektrony. Jejich dispozice a svoboda pohybu v atomové struktuře je to, co způsobuje cirkulaci elektřiny vodivým vodičem.

Velká jádra

Molekulární struktura dirigentů je tvořena pevně pletenou sítí jader, která zůstává díky své soudržnosti prakticky nehybná.

Díky tomu je pohyb elektronů, které jsou daleko v molekule, vodivý, protože se volně pohybují a reagují na blízkost elektrického pole.

Tato reakce indukuje pohyb elektronů ve specifickém směru, čímž umožňuje cirkulaci elektrického proudu vodivým materiálem.

Elektrostatická rovnováha

Vodivé materiály jsou vystaveny zvláštnímu náboji a nakonec dosáhnou stavu elektrostatické rovnováhy, ve které nedochází k pohybu nábojů v materiálu.

Pozitivní náboje se aglomerují na jednom konci materiálu a záporné náboje se hromadí na opačném konci. Posun náboje směrem k povrchu vodiče generuje přítomnost stejných a opačných elektrických polí uvnitř vodiče. Celkové vnitřní elektrické pole v materiálu je tedy nulové.

Fyzikální vlastnosti

Obchodovatelný

Elektrické vodiče musí být kujné; to znamená, že musí být schopny se deformovat bez porušení.

Vodivé materiály se často používají v domácích nebo průmyslových aplikacích, ve kterých musí být vystaveny ohýbání a ohýbání; proto je kujnost nesmírně důležitou vlastností.

Odolný

Tyto materiály musí být odolné proti opotřebení, aby vydržely podmínky mechanického namáhání, kterému jsou obvykle vystaveny, spojené s vysokými teplotami v důsledku cirkulace proudu.

Izolační vrstva

Při použití v obytných nebo průmyslových aplikacích nebo jako součást propojeného elektrického napájecího systému musí být vodiče vždy zakryty vhodnou izolační vrstvou.

Tato vnější vrstva, také známá jako izolační plášť, je nezbytná k tomu, aby zabránila elektrickému proudu protékajícímu vodičem v kontaktu s lidmi nebo předměty kolem něj.

Druhy elektrických vodičů

Existují různé kategorie elektrických vodičů a zase v každé kategorii jsou materiály nebo média s nejvyšší elektrickou vodivostí.

Dokonalostí jsou nejlepšími elektrickými vodiči pevné kovy, mezi nimiž vyniká měď, zlato, stříbro, hliník, železo a některé slitiny.

Existují však i jiné typy materiálů nebo řešení, které mají dobré elektrické vodivé vlastnosti, jako je například grafit nebo solné roztoky.

V závislosti na způsobu elektrického vedení je možné rozlišit tři typy materiálů nebo vodivých médií, které jsou podrobně popsány níže:

Kovové vodiče

Tato skupina je vyrobena z pevných kovů a jejich příslušných slitin.

Kovové vodiče vděčí za svou vysokou vodivost oblakům volných elektronů, které podporují cirkulaci elektrického proudu skrz ně. Kovy se vzdávají elektronů umístěných na poslední oběžné dráze svých atomů, aniž by investovaly větší množství energie, což umožňuje skok elektronů z jednoho atomu na druhý příznivý.

Na druhé straně se slitiny vyznačují vysokou rezistivitou; to znamená, že představují odpor úměrný délce a průměru vodiče.

Nejběžněji používanými slitinami v elektrických instalacích jsou mosaz, slitina měď-zinek; pocínovaná slitina železa a cínu; slitiny niklu mědi; a slitiny chrómu a niklu.

Elektrolytické vodiče

Toto jsou řešení tvořená volnými ionty, které napomáhají elektrickému vedení iontové třídy.

Většinou jsou tyto typy vodičů přítomny v iontových roztocích, protože elektrolytické látky musí podléhat částečné (nebo úplné) disociaci, aby se vytvořily ionty, které budou nosiči náboje.

Elektrolytické vodiče pracují na chemických reakcích a na přemístění hmoty, což usnadňuje pohyb elektronů cirkulační cestou umožňovanou volnými ionty.

Plynné vodiče

Do této kategorie patří plyny, které byly předtím podrobeny ionizačnímu procesu, který jim umožňuje vést elektřinu.

Samotný vzduch funguje jako dirigent elektřiny, když po dielektrickém zhroucení slouží jako vodivé médium pro vytváření blesků a elektrických výbojů.

Příklady dirigentů

Hliník

Je vysoce používán v nadzemních elektrických přenosových systémech, protože i když má o 35% nižší vodivost ve srovnání s žíhanou mědí, je jeho hmotnost třikrát lehčí než ta druhá.

Zásuvky vysokého napětí jsou obvykle pokryty vnějším povrchem z polyvinylchloridu (PVC), který zabraňuje přehřátí vodiče a izoluje průchod elektrického proudu z vnějšku.

Měď

Je to kov, který se nejvíce používá jako elektrický vodič v průmyslových a bytových aplikacích, vzhledem k rovnováze mezi vodivostí a cenou.

Měď může být použita v vodičích s nízkým a středním průřezem, s jedním nebo několika dráty, v závislosti na amperometrické kapacitě vodiče.

Zlato

Jedná se o materiál používaný v elektronických sestavách mikroprocesorů a integrovaných obvodů. Používá se mimo jiné k výrobě bateriových terminálů pro vozidla.

Vodivost zlata je přibližně o 20% nižší než vodivost žíhaného zlata. Je to však velmi odolný materiál odolný proti korozi.

stříbrný

S vodivostí 6,30 x 10 ⁷ Sm ^-1 (9-10% vyšší, než je vodivost žíhané mědi), to je kov s nejvyšším elektrickou vodivostí známé k dnešnímu dni.

Je to velmi poddajný a tažný materiál, jehož tvrdost je srovnatelná s tvrdostí zlata nebo mědi. Jeho cena je však extrémně vysoká, takže její použití není v průmyslu tak běžné.

Reference

1. Elektrický vodič (sf). Vyšlo. Havana Kuba. Obnoveno z: ecured.cu
2. Elektrické vodiče (sf). Obnoveno z: aprendeelectricidad.weebly.com
3. Longo, J. (2009) Elektrické vodiče. Obnoveno z: vivehogar.republica.com
4. Martín, T a Serrano A. (nd). Vodiče v elektrostatické rovnováze. Polytechnická univerzita v Madridu. Španělsko. Obnoveno z: montes.upm.es
5. Pérez, J., a Gardey, A. (2016). Definice elektrického vodiče. Obnoveno z: definicion.de
6. Vlastnosti elektrických vodičů (sf). Obnoveno z: neetescuela.org
7. Wikipedia, The Encyclopedia Free (2018). Elektrická vodivost. Obnoveno z: es.wikipedia.org
8. Wikipedia, The Encyclopedia Free (2018). Elektrický vodič. Obnoveno z: es.wikipedia.org