Tänään puhumme johtavat materiaalit ja niiden ominaisuudet. Kyse on niistä materiaaleista, joilla on vähän vastustuskykyä sähkövirran kiertämiselle niiden erityisten ominaisuuksien takia. Niillä on atomirakenne, joka tekee niistä hyvät sähköjohtimet, koska se helpottaa elektronien liikkumista niiden läpi. Tämän tyyppinen elementti suosii sähkönsiirtoa ja ihminen on edistynyt paljon näiden materiaalien ansiosta.
Siksi aiomme omistaa tämän artikkelin kertomaan sinulle kaiken, mitä sinun tarvitsee tietää johtavista materiaaleista ja niiden ominaisuuksista.
Tärkeimmät ominaisuudet
Nämä johtavat materiaalit voidaan esittää eri muodoissa riippuen erityisistä olosuhteista, joissa ne on muodostettu. Esimerkiksi löydämme metallitankoja, joita ei ole tehty osaksi sähköpiirejä. Huolimatta siitä, etteivät ne ole osa sähkökokoonpanoa, monilla materiaaleilla on sähkönjohtamisominaisuudet. Tämäntyyppiset Sähköä johtavat materiaalit voivat aiheuttaa joitain vaaroja ja onnettomuuksia kotona.
On myös yksi- tai moninapaisia sähköä johtavia materiaaleja. Niitä käytetään muodollisesti sähköpiirien korjaavina elementteinä. Näitä materiaaleja käytetään sekä teollisuudessa että kentällä tai asuinrakennuksissa. Se muodostuu yleensä kuparilangoista ja muuntyyppisistä metallimateriaaleista. Tämä on vastuussa sähkön johtamisesta. Suojautua mahdollisilta vaaroilta se on peitetty eristävällä materiaalilla. Lisäksi sähköpiirin kokoonpanosta riippuen eri johtimet voidaan erottaa toisistaan on teollista sovellusta tai sähkön jakeluun. Asunnot ovat yleensä herkempiä ja sähkön jakeluun käytettävät ovat paksumpia. Se riippuu myös siitä, kuinka paljon sähköä heidän on johdettava.
Johtavat materiaalit
Aiomme kertoa yksi kerrallaan, mitkä ovat johtavien materiaalien koostumukset ja ominaisuudet. Johtaville materiaaleille on pääasiassa tunnusomaista se, etteivät ne tarjoa vastustusta sähkövirran kulkemiseen niiden läpi. Tämä sähkön kulku on mahdollista sähköisten ja fysikaalisten ominaisuuksien ansiosta. Johtavien materiaalien muodostavat ominaisuudet takaavat sähkön kierron. Lisäksi se saavutetaan ilman muodonmuutosta tai aineen tuhoutumista. Katsotaanpa, mitkä ovat ominaisuudet, jotka mahdollistavat sähkön johtamisen:
Hyvä johtavuus
Jotta materiaali olisi hyvä johdin, sillä on oltava hyvä sähkönjohtavuus. Vuonna 1913 todettiin, että kuparia käytettiin sähkönjohtavuuden vertailuyksikkönä. Kupari puhtaassa tilassa on referenssi muiden materiaalien johtokyvyn mittaamiseen ja vertaamiseen.
Tällä tavalla johtavuus hyväksyy viitteen kuparilanka, jonka pituus on metri ja gramma massaa 20 asteen lämpötilassa. Arvo on 5,80 x 107 Sm-1. Tämä arvo tunnetaan nimellä 100% sähkönjohtavuus IACS, ja se on vertailuarvo johtavien materiaalien johtavuuden mittaamisessa. Näistä arvoista johtavaa materiaalia pidetään sellaisenaan, jos sen IACS on yli 40%. Materiaaleja, joiden johtokyky on yli 100% IACS, pidetään korkean johtavuuden materiaaleina.
Atomirakenne
Jotta materiaaleja voidaan pitää johtimina, niillä on oltava atomirakenne, joka sallii sähkön kulkemisen. Atomien valenssikuoressa on vähän elektroneja. Tiedämme, että atomien elektronit irtoavat ytimestä. Tämä tarkoittaa, että elektronien siirtyminen atomista toiseen ei vie paljon energiaa. Jos tarvitaan suuri määrä energiaa, sitä ei voida pitää johtavana materiaalina.
Yhdistetyt ytimet
Johtavien materiaalien molekyylirakenteen on muodostuttava toisiinsa kytkettyjen ytimien verkostolla. Tämä liitto on käytännössä liikkumaton niiden välisen yhteenkuuluvuuden vuoksi. Yhdistettyjen ytimien tilanteen ansiosta tilanne valmistellaan siten, että elektronit voivat liikkua vapaasti ja reagoida sähkökentän läheisyyteen.
Johtavien materiaalien fysikaaliset ominaisuudet
Katsotaanpa, mitkä ovat johtavien materiaalien fyysiset ominaisuudet:
- Taottava: Nämä ovat materiaaleja, joilla on korkea muovattavuus. Tämä tarkoittaa, että ne pystyvät muodostumaan rikkomatta. Kotitalous- tai teollisuussovelluksissa yleisesti käytettyjen johtavien materiaalien on oltava taipuneet ja taipuneet, jotta ne voidaan sijoittaa oikein. Siksi muovattavuus on tärkeä ominaisuus näille materiaaleille.
- Kestävä: Näillä materiaaleilla on oltava korkea kulutuskestävyys. Meidän on pidettävä mielessä, että ne altistuvat suurille mekaanisille rasituksille ja korkeille lämpötiloille. Ja se, että monissa sähkövirran kiertokulkuissa ne nostavat lämpötilaa.
- Eristävä kerros: Kun niitä käytetään asuin- tai teollisuuskäyttöön, ne on peitettävä eristävällä kerroksella vaarojen välttämiseksi. Ulkokerros tunnetaan myös eristevaipan nimellä ja se on välttämätön estämään sähkövirran pääsy kosketuksiin kanssamme. Monet johtavien materiaalien aiheuttamista vaaroista ja onnettomuuksista johtuvat tämän eristekerroksen vikaantumisesta.
Johtavien materiaalien tyypit
Katsotaanpa, mitkä ovat johtavien materiaalien päätyypit:
- Metallijohtimet: Ne ovat kiinteiden metallien ja niiden seosten muodostamia. Niillä on korkea johtavuus elektroneista, jotka sijaitsevat atomien viimeisellä kiertoradalla sijoittamatta enemmän energiaa. Tämä tarkoittaa, että elektronit voivat kulkeutua atomista toiseen vain vähän energiaa tuhlaamalla. Sähköasennuksissa yleisimmin käytettyjä seoksia ovat messinki, kupari- ja sinkkiseos; peltilevy, raudan ja tinan seos; kupari-nikkeliseokset; ja krominikkeliseokset.
- Elektrolyyttiset johtimet: Nämä ovat joitain ratkaisuja, jotka koostuvat vapaista ioneista.
- Kaasujohtimet: ovat niitä, joille on tehty ionisaatioprosessi. Tämän prosessin avulla sähköinen kierto voidaan saavuttaa niiden kautta. Ilmasta voi tulla sähkönjohdin, kuten salaman aikana myrskyn aikana.
Toivon, että näiden tietojen avulla voit oppia lisää johtavista materiaaleista ja niiden ominaisuuksista.