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Elektrische Leitertypen und Hauptmerkmale
Die elektrische Leiter oder leitende Materialiensind diejenigen, die aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften wenig Widerstand gegen die Zirkulation von elektrischem Strom haben. Die atomare Struktur der elektrischen Leiter erleichtert die Bewegung der Elektronen durch sie, wodurch diese Art von Elementen die Übertragung von Elektrizität begünstigt.
Die Leiter können verschiedene Formen annehmen, eine davon ist das Material in spezifischen physikalischen Bedingungen, wie Metallstäbe (rebar), die nicht aus elektrischen Schaltungen bestehen. Obwohl sie nicht Teil einer elektrischen Baugruppe sind, behalten diese Materialien immer ihre antreibenden Eigenschaften bei.
Es gibt auch einpolige oder mehrpolige elektrische Leiter, die formal als Verbindungselemente von elektrischen Schaltungen in Wohn- und Industriegebieten verwendet werden. Diese Art von Leiter kann innen durch Kupferdrähte oder eine andere Art von metallischem Material gebildet sein, die mit einer isolierenden Oberfläche bedeckt sind.
Je nach Konfiguration des Stromkreises können Leiter auch für Anwendungen im Wohnbereich (dünn) oder Kabel für unterirdische Steckdosen in elektrischen Verteilungssystemen (grob) unterschieden werden.
Für die Zwecke dieses Artikels konzentrieren wir uns auf die Eigenschaften von leitfähigen Materialien in ihrem reinen Zustand; Darüber hinaus werden wir wissen, welche Materialien am häufigsten verwendet werden und warum.
Index
- 1 Eigenschaften
- 1.1 Elektrische Eigenschaften
- 1.2 Physische Eigenschaften
- 2 Arten von elektrischen Leitern
- 2.1 Metallleiter
- 2.2 Elektrolytische Leiter
- 2.3 Gasleiter
- 3 Beispiele für Treiber
- 3.1 Aluminium
- 3.2 Kupfer
- 3.3 Gold
- 3.4 Silber
- 4 Referenzen
Eigenschaften
Die elektrischen Leiter zeichnen sich dadurch aus, dass sie dem Durchgang von elektrischem Strom durch sie nicht viel Widerstand entgegensetzen, was nur dank ihrer elektrischen und physikalischen Eigenschaften möglich ist, die gewährleisten, dass die Zirkulation von Elektrizität durch den Leiter keine Verformung oder Zerstörung hervorruft des betreffenden Materials.
Elektrische Eigenschaften
Die wichtigsten elektrischen Eigenschaften von elektrischen Leitern sind die folgenden:
Gute Leitfähigkeit
Elektrische Leiter müssen eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, um ihre elektrische Energietransportfunktion zu erfüllen.
Die Internationale Elektrotechnische Kommission stellte Mitte 1913 fest, dass die elektrische Leitfähigkeit von reinem Kupfer als Referenz für die Messung und den Vergleich der Leitfähigkeit anderer leitfähiger Materialien dienen könnte.
Der internationale Standard für Kupferglühen (International geglühter Kupferstandard, IACS für seine Abkürzung in Englisch).
Die angenommene Referenz war die Leitfähigkeit eines geglühten Kupferdrahtes mit einem Meter Länge und einem Gramm Masse bei 20ºC, deren Wert gleich 5,80 · 10 ist7 S.m-1. Dieser Wert ist als 100% IACS elektrische Leitfähigkeit bekannt und ist der Bezugspunkt für die Messung der Leitfähigkeit von leitfähigen Materialien.
Ein leitfähiges Material wird als solches angesehen, wenn es mehr als 40% IACS aufweist. Materialien mit einer Leitfähigkeit von mehr als 100% IACS werden als Materialien mit hoher Leitfähigkeit angesehen.
Die Atomstruktur erlaubt den Stromdurchgang
Die Atomstruktur erlaubt den Durchgang von elektrischem Strom, da Atome in ihrer Valenzschale wenige Elektronen haben und diese Elektronen wiederum vom Kern des Atoms abgelöst werden.
Die beschriebene Konfiguration impliziert, dass es keine große Menge an Energie benötigt, um Elektronen von einem Atom zum anderen zu bewegen, was die Bewegung von Elektronen durch den Leiter erleichtert.
Diese Art von Elektronen nennt man freie Elektronen. Ihre Anordnung und Bewegungsfreiheit entlang der atomaren Struktur erleichtert die Zirkulation von Elektrizität durch den Leiter.
Vereinigte Kerne
Die molekulare Struktur der Leiter besteht aus einem engmaschigen Netzwerk von Kernen, das aufgrund seiner Kohäsion praktisch unbeweglich bleibt.
Dies macht die Bewegung der Elektronen, die sich weit im Inneren des Moleküls befinden, günstig, da sie sich frei bewegen und auf die Nähe eines elektrischen Feldes reagieren.
Diese Reaktion induziert die Bewegung von Elektronen in einer bestimmten Richtung, was zur Zirkulation von elektrischem Strom durch das leitfähige Material führt.
Elektrostatisches Gleichgewicht
Wenn sie einer bestimmten Belastung ausgesetzt werden, erreichen die leitenden Materialien schließlich einen Zustand eines elektrostatischen Gleichgewichts, in dem keine Bewegung von Ladungen innerhalb des Materials stattfindet.
Positive Ladungen agglomerieren an einem Ende des Materials und negative Ladungen sammeln sich am gegenüberliegenden Ende an. Die Verschiebung der Ladungen zur Oberfläche des Leiters erzeugt das Vorhandensein gleicher und entgegengesetzter elektrischer Felder im Inneren des Leiters. Somit ist das gesamte innere elektrische Feld innerhalb des Materials Null.
Physische Eigenschaften
Formbar
Die elektrischen Leiter müssen verformbar sein; das heißt, sie müssen sich verformen können, ohne zu brechen.
Die leitfähigen Materialien werden üblicherweise in häuslichen oder industriellen Anwendungen verwendet, in denen sie Biegungen und Biegungen unterworfen werden müssen; dafür ist die Formbarkeit ein äußerst wichtiges Merkmal.
Beständig
Diese Materialien müssen verschleißfest sein, um den mechanischen Beanspruchungsbedingungen, denen sie normalerweise ausgesetzt sind, standzuhalten, gekoppelt mit hohen Temperaturen aufgrund der Zirkulation des Stroms.
Isolationsschicht
Bei Verwendung in einer privaten oder industriellen Anwendung oder als Teil des zusammengeschalteten Stromversorgungssystems müssen die Leiter immer mit einer geeigneten Isolierschicht bedeckt sein.
Diese äußere Schicht, die auch als isolierender Mantel bekannt ist, ist notwendig, um zu verhindern, dass der elektrische Strom, der durch den Leiter zirkuliert, mit Personen oder Gegenständen in der Umgebung in Kontakt kommt.
Arten von elektrischen Leitern
Es gibt verschiedene Kategorien von elektrischen Leitern, und in jeder Kategorie sind wiederum die Materialien oder Medien mit der höchsten elektrischen Leitfähigkeit.
Die besten elektrischen Leiter sind hervorragende Metalle, zu denen Kupfer, Gold, Silber, Aluminium, Eisen und einige Legierungen zählen.
Es gibt jedoch eine andere Art von Materialien oder Lösungen, die gute elektrische Leitungseigenschaften aufweisen, wie beispielsweise Graphit- oder Salzlösungen.
Abhängig von der Art und Weise, in der die elektrische Leitung ausgeführt wird, ist es möglich, drei Arten von Materialien oder leitfähigen Medien zu unterscheiden, die im Folgenden detailliert beschrieben werden:
Metallleiter
Diese Gruppe besteht aus festen Metallen und ihren jeweiligen Legierungen.
Die metallischen Leiter verdanken ihre hohe Leitfähigkeit den Wolken freier Elektronen, die die Zirkulation von elektrischem Strom durch sie begünstigen. Die Metalle liefern die Elektronen, die sich in der letzten Bahn ihrer Atome befinden, ohne größere Mengen an Energie zu investieren, was den Sprung von Elektronen von einem Atom zu einem anderen bewirkt.
Auf der anderen Seite sind die Legierungen dadurch gekennzeichnet, dass sie einen hohen spezifischen Widerstand aufweisen; das heißt, sie haben einen Widerstand proportional zu der Länge und dem Durchmesser des Leiters.
Die am häufigsten verwendeten Legierungen in elektrischen Anlagen sind Messing, eine Legierung aus Kupfer und Zink; Weißblech, eine Legierung aus Eisen und Zinn; Kupfer und Nickellegierungen; und Chrom- und Nickellegierungen.
Elektrolytische Leiter
Dies sind Lösungen, die aus freien Ionen bestehen, die die elektrische Leitfähigkeit der Ionenklasse unterstützen.
Meist sind diese Arten von Leitern in ionischen Lösungen vorhanden, da die elektrolytischen Substanzen teilweise (oder vollständig) dissoziieren müssen, um Ionen zu bilden, die Ladungsträger sind.
Die elektrolytischen Leiter basieren ihren Betrieb auf chemischen Reaktionen und der Verdrängung von Materie, die die Bewegung von Elektronen durch den durch freie Ionen ermöglichten Zirkulationsweg erleichtert.
Gasleiter
In dieser Kategorie sind die Gase, die zuvor einem Ionisierungsprozess unterzogen worden sind, der die Leitung von Elektrizität durch sie ermöglicht.
Die Luft selbst wirkt als elektrischer Leiter, wenn sie beim Auftreten des dielektrischen Bruchs als elektrisch leitendes Medium für die Bildung von Blitzen und elektrischen Entladungen dient.
Beispiele für Treiber
Aluminium
Es wird häufig in elektrischen Überkopplungssystemen verwendet, da es, obwohl es verglichen mit geglühtem Kupfer eine 35% niedrigere Leitfähigkeit aufweist, dreimal leichter ist als das letztere.
Die Hochspannungsauslässe sind gewöhnlich mit einer äußeren Oberfläche aus Polyvinylchlorid (PVC) bedeckt, die die Überhitzung des Leiters verhindert und den Durchgang des elektrischen Stromes von außen isoliert.
Kupfer
Es ist das Metall, das am häufigsten als elektrischer Leiter in industriellen und privaten Anwendungen verwendet wird, angesichts der Ausgewogenheit zwischen seiner Leitfähigkeit und dem Preis.
Kupfer kann in Leitern mit niedrigem und mittlerem Kaliber von einem oder mehreren Drähten verwendet werden, abhängig von der Stromkapazität des Leiters.
Gold
Es ist ein Material, das in elektronischen Baugruppen von Mikroprozessoren und integrierten Schaltungen verwendet wird. Es wird unter anderem auch zur Herstellung von Batterieklemmen für Fahrzeuge verwendet.
Die Leitfähigkeit des Goldes ist ungefähr 20% geringer als die Leitfähigkeit des geglühten Goldes. Es ist jedoch ein sehr langlebiges Material und korrosionsbeständig.
Silber
Mit einer Leitfähigkeit von 6,30 x 107 S.m-1 (9-10% höher als die Leitfähigkeit von geglühtem Kupfer), ist das Metall mit der bisher höchsten elektrischen Leitfähigkeit.
Es ist ein sehr formbares und duktiles Material mit einer Härte vergleichbar mit der von Gold oder Kupfer. Seine Kosten sind jedoch extrem hoch, so dass seine Verwendung in der Industrie nicht so häufig vorkommt.
Referenzen
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- Wikipedia, Die freie Enzyklopädie (2018). Elektrische Leitfähigkeit Von: en.wikipedia.org
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