ประเภทตัวนำไฟฟ้าและคุณสมบัติหลัก

ตัวนำไฟฟ้าหรือวัสดุนำไฟฟ้า เป็นผู้ที่มีความต้านทานน้อยต่อการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้าให้คุณสมบัติเฉพาะของพวกเขา โครงสร้างอะตอมของตัวนำไฟฟ้าช่วยให้การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนง่ายขึ้นซึ่งองค์ประกอบประเภทนี้จะเอื้อต่อการส่งกระแสไฟฟ้า.

ตัวนำสามารถปรากฏในรูปแบบที่หลากหลายซึ่งหนึ่งในนั้นเป็นวัสดุที่อยู่ในสภาพร่างกายที่เฉพาะเจาะจงเช่นแท่งโลหะ (เหล็กเส้น) ที่ยังไม่ได้รับการจัดทำขึ้นเพื่อประกอบไปด้วยวงจรไฟฟ้า แม้จะไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของชุดอุปกรณ์ไฟฟ้า แต่วัสดุเหล่านี้ยังคงคุณสมบัติการขับขี่อยู่เสมอ.

นอกจากนี้ยังมีตัวนำไฟฟ้า unipolar หรือ multipolar ซึ่งใช้อย่างเป็นทางการเป็นองค์ประกอบเชื่อมต่อของวงจรไฟฟ้าในเขตที่อยู่อาศัยและอุตสาหกรรม ตัวนำชนิดนี้สามารถเกิดขึ้นภายในโดยสายทองแดงหรือวัสดุโลหะชนิดอื่นปกคลุมด้วยพื้นผิวฉนวน.

นอกจากนี้ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของวงจรตัวนำสามารถแยกความแตกต่างสำหรับการใช้งานที่อยู่อาศัย (บาง) หรือสายเคเบิลสำหรับซ็อกเก็ตใต้ดินในระบบจำหน่ายไฟฟ้า (หนา).

สำหรับวัตถุประสงค์ของบทความนี้เราจะมุ่งเน้นไปที่ลักษณะของวัสดุนำไฟฟ้าในสภาพที่บริสุทธิ์ นอกจากนี้เราจะทราบว่าวัสดุที่เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ใช้บ่อยที่สุดคืออะไรและเพราะอะไร.

ดัชนี

• 1 ลักษณะ
  • 1.1 ลักษณะทางไฟฟ้า
  • 1.2 ลักษณะทางกายภาพ
• ตัวนำไฟฟ้า 2 ชนิด
  • 2.1 ตัวนำโลหะ
  • 2.2 ตัวนำไฟฟ้า
  • 2.3 ตัวนำก๊าซ
• 3 ตัวอย่างของไดรเวอร์
  • 3.1 อลูมิเนียม
  • 3.2 ทองแดง
  • 3.3 ทอง
  • 3.4 เงิน
• 4 อ้างอิง

คุณสมบัติ

ตัวนำไฟฟ้ามีลักษณะโดยไม่ได้มีความต้านทานมากในการทางเดินของกระแสไฟฟ้าผ่านเหล่านี้ซึ่งเป็นไปได้เพียงเพราะคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกายภาพของตนเพื่อให้แน่ใจว่าการไหลของกระแสไฟฟ้าโดยคนขับไม่ได้ทำให้เกิดความผิดปกติหรือการทำลาย วัสดุที่ใช้ในคำถาม.

ลักษณะทางไฟฟ้า

คุณสมบัติทางไฟฟ้าหลักของตัวนำไฟฟ้ามีดังนี้:

การนำไฟฟ้าที่ดี

ตัวนำไฟฟ้าจะต้องมีการนำไฟฟ้าที่ดีเพื่อตอบสนองการทำงานของการขนส่งพลังงานไฟฟ้า.

International Electrotechnical Commission กำหนดขึ้นในกลางปี ​​1913 ว่าค่าการนำไฟฟ้าของทองแดงบริสุทธิ์สามารถใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการวัดและเปรียบเทียบค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุนำไฟฟ้าอื่น ๆ.

ดังนั้นมาตรฐานสากลสำหรับการหลอมทองแดงได้ถูกจัดตั้งขึ้น (มาตรฐานทองแดงอบอ่อนแบบสากล, IACS สำหรับตัวย่อเป็นภาษาอังกฤษ).

การอ้างอิงที่นำมาใช้คือการนำไฟฟ้าของลวดทองแดงอบอ่อนที่ความยาวหนึ่งเมตรและมวลหนึ่งกรัมที่อุณหภูมิ 20 ° C ซึ่งมีค่าเท่ากับ 5.80 x 10⁷ S.M^-1. ค่านี้เรียกว่าค่าการนำไฟฟ้า 100% IACS และเป็นจุดอ้างอิงสำหรับการวัดค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุนำไฟฟ้า.

วัสดุที่เป็นตัวนำไฟฟ้าจะถูกพิจารณาว่าเป็นเช่นนี้หากมี IACS มากกว่า 40% วัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่า 100% IACS ถือว่าเป็นวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูง.

โครงสร้างอะตอมช่วยให้ทางเดินของกระแส

โครงสร้างอะตอมช่วยให้ทางเดินของกระแสไฟฟ้าเพราะอะตอมมีอิเล็กตรอนไม่กี่ในเปลือกของความจุและในทางกลับอิเล็กตรอนเหล่านี้จะถูกถอดออกจากนิวเคลียสของอะตอม.

การกำหนดค่าที่อธิบายหมายถึงว่ามันไม่ต้องการพลังงานจำนวนมากสำหรับอิเล็กตรอนในการเคลื่อนย้ายจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนผ่านตัวนำ.

อิเล็กตรอนชนิดนี้เรียกว่าอิเล็กตรอนอิสระ การจัดการและเสรีภาพในการเคลื่อนไหวตามโครงสร้างอะตอมคือสิ่งที่เอื้อต่อการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้าผ่านคนขับ.

แกนกลาง

โครงสร้างโมเลกุลของตัวนำประกอบด้วยเครือข่ายนิวเคลียสที่ถักแน่นซึ่งยังคงไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เนื่องจากการทำงานร่วมกัน.

สิ่งนี้ทำให้การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่อยู่ไกลออกไปภายในโมเลกุลเป็นไปได้เนื่องจากมันเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระและตอบสนองต่อความใกล้เคียงของสนามไฟฟ้า. 

ปฏิกิริยานี้ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในทิศทางเฉพาะซึ่งก่อให้เกิดการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้าผ่านวัสดุนำไฟฟ้า.

สมดุลไฟฟ้าสถิต

เมื่ออยู่ภายใต้ภาระที่เฉพาะเจาะจงวัสดุที่เป็นสื่อนำไฟฟ้าในที่สุดก็จะถึงสภาวะสมดุลไฟฟ้าสถิตซึ่งไม่มีการเคลื่อนที่ของประจุภายในวัสดุ.

ประจุบวกรวมตัวกันที่ปลายด้านหนึ่งของวัสดุและประจุลบสะสมที่ปลายอีกด้าน การกระจัดของประจุที่มีต่อพื้นผิวของตัวนำทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่เท่ากันและตรงข้ามในการตกแต่งภายในของตัวนำ ดังนั้นสนามไฟฟ้าภายในทั้งหมดภายในวัสดุจึงเป็นศูนย์.

ลักษณะทางกายภาพ

ดัดแปลงได้ง่าย

ตัวนำไฟฟ้าจะต้องอ่อนตัว นั่นคือพวกเขาจะต้องสามารถทำให้พิการได้โดยไม่ทำลาย.

วัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามักจะใช้ในงานภายในประเทศหรืออุตสาหกรรมซึ่งวัสดุเหล่านั้นจะต้องได้รับการโค้งและโค้งงอ สำหรับสิ่งนี้ความอ่อนไหวเป็นคุณสมบัติที่สำคัญอย่างยิ่ง.

ต้านทาน

วัสดุเหล่านี้จะต้องทนต่อการสึกหรอเพื่อทนต่อสภาวะของความเค้นเชิงกลซึ่งพวกมันมักจะถูกนำมารวมกับอุณหภูมิที่สูงขึ้นเนื่องจากการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้า.

ชั้นฉนวน

เมื่อใช้ในที่อยู่อาศัยอุตสาหกรรมหรือเป็นส่วนหนึ่งของระบบแหล่งจ่ายไฟที่เชื่อมต่อกันตัวนำต้องหุ้มด้วยชั้นฉนวนที่เหมาะสมเสมอ.

ชั้นนอกนี้เรียกอีกอย่างว่าแจ็คเก็ตหุ้มฉนวนเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำจากการสัมผัสกับผู้คนหรือวัตถุรอบ ๆ.

ประเภทของตัวนำไฟฟ้า

มีตัวนำไฟฟ้าประเภทต่าง ๆ และในแต่ละประเภทจะมีวัสดุหรือสื่อที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงสุด.

เพื่อความเป็นเลิศตัวนำไฟฟ้าที่ดีที่สุดคือโลหะแข็งซึ่งทองแดงทองคำเงินอลูมิเนียมเหล็กและโลหะผสมบางชนิดมีความโดดเด่น.

อย่างไรก็ตามมีวัสดุหรือโซลูชั่นประเภทอื่น ๆ ที่มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่ดีเช่นกราไฟท์หรือสารละลายเกลือ.

ขึ้นอยู่กับวิธีการนำกระแสไฟฟ้าที่ใช้นั้นเป็นไปได้ที่จะแยกความแตกต่างของวัสดุสามชนิดหรือวิธีนำไฟฟ้าซึ่งมีรายละเอียดด้านล่าง:

ตัวนำโลหะ

กลุ่มนี้ประกอบด้วยโลหะแข็งและโลหะผสมตามลำดับ.

ตัวนำโลหะเป็นหนี้การนำไฟฟ้าสูงของพวกเขาไปยังเมฆของอิเล็กตรอนอิสระที่ชอบการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้าผ่านพวกเขา โลหะให้อิเล็กตรอนที่อยู่ในวงโคจรสุดท้ายของอะตอมโดยไม่ต้องลงทุนพลังงานจำนวนมากซึ่งทำให้การกระโดดของอิเล็กตรอนจากอะตอมหนึ่งไปยังอีก.

ในอีกทางหนึ่งโลหะผสมนั้นมีความต้านทานสูง นั่นคือพวกเขามีความต้านทานตามสัดส่วนกับความยาวและเส้นผ่าศูนย์กลางของตัวนำ.

โลหะผสมที่ใช้มากที่สุดในการติดตั้งระบบไฟฟ้าคือทองเหลืองอัลลอยทองแดงและสังกะสี เหล็กวิลาดโลหะผสมเหล็กและดีบุก โลหะผสมทองแดงและนิกเกิล และโครเมี่ยมและโลหะผสมนิกเกิล.

ตัวนำไฟฟ้า

นี่เป็นวิธีแก้ปัญหาที่สร้างขึ้นจากไอออนอิสระซึ่งช่วยในการนำกระแสไฟฟ้าระดับอิออน.

ส่วนใหญ่คนขับรถดังกล่าวมีอยู่ในโซลูชั่นไอออนิกเป็นสารอิเล็กโทรไลควรจะเป็นบางส่วน (หรือทั้งหมด) โรคดิสโซสิเอทีฟในรูปแบบไอออนจะคิดค่าบริการผู้ให้บริการ.

ตัวนำอิเล็กโทรไลติคใช้การทำงานกับปฏิกิริยาทางเคมีและการเคลื่อนที่ของสสารซึ่งช่วยให้การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนผ่านเส้นทางการไหลเวียนของไอออนอิสระดีขึ้น.

ตัวนำก๊าซ

ในหมวดหมู่นี้เป็นก๊าซที่เคยผ่านกระบวนการไอออไนเซชันมาก่อนซึ่งทำให้สามารถนำไฟฟ้าผ่านสิ่งเหล่านี้ได้.

อากาศเองทำหน้าที่เป็นตัวนำไฟฟ้าเมื่อเมื่อเกิดการแตกสลายอิเล็กทริกมันจะทำหน้าที่เป็นสื่อนำไฟฟ้าสำหรับการก่อตัวของฟ้าผ่าและไฟฟ้าช็อต.

ตัวอย่างของไดรเวอร์

อลูมิเนียม

มันถูกใช้อย่างมากในระบบส่งไฟฟ้าค่าโสหุ้ยเพราะแม้จะมีการนำไฟฟ้าต่ำกว่า 35% เมื่อเทียบกับทองแดงอบอ่อนน้ำหนักของมันจะเบากว่ารุ่นหลังถึงสามเท่า.

ประปาไฟฟ้าแรงสูงมักจะมีการเคลือบด้วยพื้นผิวด้านนอกของโพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) ซึ่งจะช่วยป้องกันความร้อนสูงเกินไปของผู้ขับขี่และแยกทางเดินของกระแสไฟฟ้าที่อยู่ด้านนอก.

ทองแดง

มันเป็นโลหะที่ใช้มากที่สุดเป็นตัวนำไฟฟ้าในงานอุตสาหกรรมและที่อยู่อาศัยให้ความสมดุลระหว่างการนำไฟฟ้าและราคา.

ทองแดงสามารถนำมาใช้ในตัวนำขนาดเล็กและขนาดกลางด้วยสายไฟหนึ่งหรือหลายเส้นขึ้นอยู่กับความจุของตัวนำในปัจจุบัน.

ทอง

มันเป็นวัสดุที่ใช้ในการประกอบอิเล็กทรอนิกส์ของไมโครโปรเซสเซอร์และวงจรรวม นอกจากนี้ยังใช้เพื่อผลิตขั้วแบตเตอรี่สำหรับยานพาหนะและอื่น ๆ.

ค่าการนำไฟฟ้าของทองคำนั้นน้อยกว่าค่าการนำไฟฟ้าของทองคำที่ถูกอบประมาณ 20% อย่างไรก็ตามมันเป็นวัสดุที่ทนทานมากและทนต่อการกัดกร่อน.

เงิน

ด้วยค่าการนำไฟฟ้า 6.30 x 10⁷ S.M^-1 (สูงกว่าค่าการนำไฟฟ้าของทองแดงอบอ่อน 9-10%) เป็นโลหะที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงสุดที่ทราบจนถึงปัจจุบัน.

มันเป็นวัสดุที่เหนียวและอ่อนตัวมากมีความแข็งเทียบเท่ากับทองคำหรือทองแดง อย่างไรก็ตามค่าใช้จ่ายนั้นสูงมากดังนั้นการใช้งานจึงไม่เป็นที่นิยมในอุตสาหกรรม.

การอ้างอิง

1. ตัวนำไฟฟ้า (s.f. ) Ecured คิวบา ดึงมาจาก: ecured.cu
2. ตัวนำไฟฟ้า (s.f. ) สืบค้นจาก: aprendeelectricidad.weebly.com
3. Longo, J. (2009) ตัวนำไฟฟ้า กู้คืนจาก: vivirhogar.republica.com
4. Martín, T และ Serrano A. (s.f. ) ตัวนำในสมดุลไฟฟ้าสถิต มหาวิทยาลัยโพลีเทคนิคของมาดริด สเปน ดึงจาก: montes.upm.es
5. Pérez, J. และ Gardey, A. (2016) ความหมายของตัวนำไฟฟ้า ดึงมาจาก: definicion.de
6. คุณสมบัติของตัวนำไฟฟ้า (s.f. ) สืบค้นจาก: neetescuela.org
7. Wikipedia, สารานุกรมเสรี (2018) การนำไฟฟ้า สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
8. Wikipedia, สารานุกรมเสรี (2018) ตัวนำไฟฟ้า สืบค้นจาก: en.wikipedia.org