Das elektrische Leiter oder leitende Materialien Sie sind solche, die aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften einen geringen Widerstand gegen die Zirkulation von elektrischem Strom haben. Die atomare Struktur der elektrischen Leiter erleichtert die Bewegung von Elektronen durch sie, wodurch diese Art von Elementen die Übertragung von Elektrizität begünstigt..
Die Leiter können in verschiedenen Formen präsentiert werden. Eine davon ist das Material unter bestimmten physikalischen Bedingungen, wie z. B. Metallstangen (Stangen), die nicht als Teil elektrischer Schaltkreise hergestellt wurden. Obwohl diese Materialien nicht Teil einer elektrischen Baugruppe sind, behalten sie immer ihre Leitfähigkeitseigenschaften bei.
Es gibt auch unipolare oder multipolare elektrische Leiter, die formal als Verbindungselemente für elektrische Schaltkreise in Wohn- und Industrieumgebungen verwendet werden. Diese Art von Leiter kann innen durch Kupferdrähte oder eine andere Art von metallischem Material gebildet werden, das mit einer isolierenden Oberfläche bedeckt ist..
Zusätzlich können je nach Schaltungskonfiguration Leiter für Wohnanwendungen (dünn) oder Kabel für unterirdische Abgriffe in elektrischen Verteilungssystemen (dick) unterschieden werden.
In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die Eigenschaften leitfähiger Materialien in ihrem reinen Zustand. Außerdem werden wir wissen, welche leitenden Materialien heute am häufigsten verwendet werden und warum.
Artikelverzeichnis
Elektrische Leiter zeichnen sich dadurch aus, dass sie dem Durchgang von elektrischem Strom durch sie nicht viel Widerstand entgegensetzen, was nur aufgrund ihrer elektrischen und physikalischen Eigenschaften möglich ist, die gewährleisten, dass die Zirkulation von Elektrizität durch den Leiter keine Verformung oder Zerstörung des Materials hervorruft fraglich.
Die wichtigsten elektrischen Eigenschaften elektrischer Leiter sind wie folgt:
Elektrische Leiter müssen eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, um ihre Funktion des Transports elektrischer Energie zu erfüllen.
Die Internationale Elektrotechnische Kommission stellte Mitte 1913 fest, dass die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer in reinem Zustand als Referenz für die Messung und den Vergleich der Leitfähigkeit anderer leitfähiger Materialien dienen könnte..
So ist der Internationale Standard für geglühtes Kupfer (Internationaler Standard für geglühtes Kupfer, IACS für sein Akronym in Englisch).
Als Referenz wurde die Leitfähigkeit eines geglühten Kupferdrahtes mit einer Länge von einem Meter und einem Gramm Masse bei 20 ° C angenommen, dessen Wert 5,80 x 10 entspricht7 Ihr-1. Dieser Wert wird als IACS mit 100% elektrischer Leitfähigkeit bezeichnet und ist der Maßstab für die Messung der Leitfähigkeit leitfähiger Materialien..
Ein leitfähiges Material wird als solches betrachtet, wenn es mehr als 40% IACS aufweist. Materialien mit einer Leitfähigkeit von mehr als 100% IACS gelten als Materialien mit hoher Leitfähigkeit..
Die Atomstruktur ermöglicht den Durchgang von elektrischem Strom, da Atome nur wenige Elektronen in ihrer Valenzschale haben und diese Elektronen wiederum vom Atomkern abgelöst werden.
Die beschriebene Konfiguration impliziert, dass keine große Energiemenge erforderlich ist, damit sich Elektronen von einem Atom zum anderen bewegen können, was die Bewegung von Elektronen durch den Leiter erleichtert..
Diese Arten von Elektronen werden freie Elektronen genannt. Seine Anordnung und Bewegungsfreiheit entlang der Atomstruktur macht die Zirkulation von Elektrizität durch den Leiter förderlich..
Die Molekülstruktur der Leiter besteht aus einem engmaschigen Netzwerk von Kernen, das aufgrund seiner Kohäsion praktisch unbeweglich bleibt.
Dies macht die Bewegung von Elektronen, die weit innerhalb des Moleküls entfernt sind, der Bewegung förderlich, da sie sich frei bewegen und auf die Nähe eines elektrischen Feldes reagieren..
Diese Reaktion induziert die Bewegung der Elektronen in eine bestimmte Richtung, was zur Zirkulation von elektrischem Strom führt, der durch das leitende Material fließt..
Wenn leitende Materialien einer bestimmten Ladung ausgesetzt werden, erreichen sie schließlich einen Zustand des elektrostatischen Gleichgewichts, in dem die Bewegung von Ladungen innerhalb des Materials nicht auftritt..
Positive Ladungen klumpen an einem Ende des Materials zusammen und negative Ladungen sammeln sich am gegenüberliegenden Ende an. Die Verschiebung von Ladungen zur Oberfläche des Leiters erzeugt das Vorhandensein gleicher und entgegengesetzter elektrischer Felder innerhalb des Leiters. Somit ist das gesamte interne elektrische Feld innerhalb des Materials Null.
Die elektrischen Leiter müssen formbar sein; Das heißt, sie müssen sich verformen können, ohne zu brechen.
Leitfähige Materialien werden häufig in häuslichen oder industriellen Anwendungen verwendet, in denen sie gebogen und gebogen werden müssen. Formbarkeit ist daher ein äußerst wichtiges Merkmal.
Diese Materialien müssen verschleißfest sein, um den Bedingungen mechanischer Beanspruchung standzuhalten, denen sie normalerweise ausgesetzt sind, verbunden mit hohen Temperaturen aufgrund der Stromzirkulation..
Bei Verwendung in Wohn-, Industrieanwendungen oder als Teil des miteinander verbundenen Stromversorgungssystems müssen die Leiter immer mit einer geeigneten Isolierschicht bedeckt sein.
Diese äußere Schicht, auch als Isoliermantel bekannt, ist erforderlich, um zu verhindern, dass der durch den Leiter fließende elektrische Strom mit Personen oder Gegenständen in der Umgebung in Kontakt kommt..
Es gibt verschiedene Kategorien von elektrischen Leitern und wiederum in jeder Kategorie die Materialien oder Medien mit der höchsten elektrischen Leitfähigkeit.
Die besten elektrischen Leiter sind hervorragende Metalle, darunter Kupfer, Gold, Silber, Aluminium, Eisen und einige Legierungen..
Es gibt jedoch andere Arten von Materialien oder Lösungen, die gute elektrische Leitungseigenschaften aufweisen, wie Graphit- oder Salzlösungen..
Abhängig von der Art und Weise, wie die elektrische Leitung ausgeführt wird, können drei Arten von Materialien oder leitenden Medien unterschieden werden, die nachstehend aufgeführt sind:
Diese Gruppe besteht aus festen Metallen und ihren jeweiligen Legierungen..
Metallische Leiter verdanken ihre hohe Leitfähigkeit den Wolken freier Elektronen, die die Zirkulation von elektrischem Strom durch sie begünstigen. Metalle geben die Elektronen auf, die sich in der letzten Umlaufbahn ihrer Atome befinden, ohne größere Energiemengen zu investieren, was den Elektronensprung von einem Atom zum anderen günstig macht.
Andererseits zeichnen sich die Legierungen durch einen hohen spezifischen Widerstand aus; das heißt, sie weisen einen Widerstand auf, der proportional zur Länge und zum Durchmesser des Leiters ist.
Die in elektrischen Anlagen am häufigsten verwendeten Legierungen sind Messing, eine Kupfer-Zink-Legierung; Weißblech, eine Legierung aus Eisen und Zinn; Kupfernickellegierungen; und Chrom-Nickel-Legierungen.
Dies sind Lösungen aus freien Ionen, die die elektrische Leitung der Ionenklasse unterstützen.
Die meisten dieser Leitertypen sind in ionischen Lösungen vorhanden, da elektrolytische Substanzen eine teilweise (oder vollständige) Dissoziation eingehen müssen, um die Ionen zu bilden, die Ladungsträger sein werden..
Elektrolytische Leiter basieren auf chemischen Reaktionen und der Verdrängung von Materie, was die Bewegung von Elektronen durch den durch freie Ionen ermöglichten Zirkulationsweg erleichtert..
In diese Kategorie fallen die Gase, die zuvor einem Ionisationsprozess unterzogen wurden, der die Leitung von Elektrizität durch sie ermöglicht..
Luft selbst wirkt als elektrischer Leiter, wenn sie beim Auftreten eines dielektrischen Durchbruchs als elektrisch leitendes Medium zur Bildung von Blitzen und elektrischen Entladungen dient..
Es wird häufig in elektrischen Freileitungssystemen verwendet, da es trotz einer im Vergleich zu geglühtem Kupfer um 35% geringeren Leitfähigkeit dreimal leichter ist als letzteres..
Hochspannungssteckdosen sind normalerweise mit einer Außenfläche aus Polyvinylchlorid (PVC) bedeckt, die eine Überhitzung des Leiters verhindert und den Durchgang von elektrischem Strom von außen isoliert.
Es ist das Metall, das am häufigsten als elektrischer Leiter in Industrie- und Wohnanwendungen verwendet wird, da es ein Gleichgewicht zwischen seiner Leitfähigkeit und seinem Preis aufweist..
Kupfer kann in Leitern mit niedriger und mittlerer Stärke mit einem oder mehreren Drähten verwendet werden, abhängig von der amperometrischen Kapazität des Leiters..
Es ist ein Material, das in elektronischen Baugruppen von Mikroprozessoren und integrierten Schaltkreisen verwendet wird. Es wird unter anderem auch zur Herstellung von Batterieklemmen für Fahrzeuge verwendet..
Die Leitfähigkeit von Gold ist ungefähr 20% geringer als die Leitfähigkeit von getempertem Gold. Es ist jedoch ein sehr haltbares und korrosionsbeständiges Material..
Mit einer Leitfähigkeit von 6,30 x 107 Ihr-1 (9-10% höher als die Leitfähigkeit von getempertem Kupfer), ist es das Metall mit der höchsten bisher bekannten elektrischen Leitfähigkeit.
Es ist ein sehr formbares und duktiles Material mit einer Härte, die mit der von Gold oder Kupfer vergleichbar ist. Die Kosten sind jedoch extrem hoch, so dass die Verwendung in der Branche nicht so üblich ist.
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