ELEKTRISCHE GELEIDERS: SOORTEN EN BELANGRIJKSTE KENMERKEN - FYSIEK - 2026

De elektrische geleiders of geleidende materialen zijn die welke, gezien hun specifieke eigenschappen, weinig weerstand hebben tegen de stroom van elektrische stroom. De atomaire structuur van elektrische geleiders vergemakkelijkt de beweging van elektronen erdoorheen, waarmee dit type element de transmissie van elektriciteit bevordert.

Geleiders kunnen in verschillende vormen worden aangeboden, waaronder het materiaal in specifieke fysieke omstandigheden, zoals metalen staven (staven) die niet zijn gemaakt om deel uit te maken van elektrische circuits. Ondanks dat ze geen deel uitmaken van een elektrisch samenstel, behouden deze materialen altijd hun geleidende eigenschappen.

Er zijn ook unipolaire of meerpolige elektrische geleiders, die formeel worden gebruikt als verbindingselementen van elektrische circuits in residentiële en industriële omgevingen. Dit type geleider kan aan de binnenkant worden gevormd door koperdraden of een ander type metalen materiaal, bedekt met een isolerend oppervlak.

Bovendien kunnen, afhankelijk van de circuitconfiguratie, geleiders voor residentiële toepassingen (dun) of kabels voor ondergrondse kranen in elektrische distributiesystemen (dik) worden onderscheiden.

Voor de toepassing van dit artikel zullen we ons concentreren op de kenmerken van geleidende materialen in hun pure staat; Bovendien zullen we weten welke op dit moment de meest gebruikte geleidende materialen zijn en waarom.

kenmerken

Elektrische geleiders worden gekenmerkt doordat ze niet veel weerstand bieden tegen de doorgang van elektrische stroom erdoorheen, wat alleen mogelijk is dankzij hun elektrische en fysische eigenschappen, die garanderen dat de circulatie van elektriciteit door de geleider geen vervorming of vernietiging veroorzaakt. van het materiaal in kwestie.

Elektrische kenmerken

De belangrijkste elektrische kenmerken van elektrische geleiders zijn als volgt:

Goede geleiding

Elektrische geleiders moeten een goede elektrische geleiding hebben om hun functie van transport van elektrische energie te vervullen.

De International Electrotechnical Commission bepaalde medio 1913 dat de elektrische geleidbaarheid van koper in zuivere staat als referentie zou kunnen dienen voor het meten en vergelijken van de geleidbaarheid van andere geleidende materialen.

Zo werd de International Annealed Copper Standard (IACS voor de afkorting in het Engels) opgericht.

De vastgestelde referentie was de geleidbaarheid van een uitgegloeide koperdraad van een meter lang en één gram massa bij 20 ° C, waarvan de waarde gelijk is aan 5,80 x 10 ⁷ Sm ^-1 . Deze waarde staat bekend als 100% elektrische geleidbaarheid IACS en is de maatstaf voor het meten van de geleidbaarheid van geleidende materialen.

Een geleidend materiaal wordt als zodanig beschouwd als het meer dan 40% IACS heeft. Materialen met een geleidbaarheid van meer dan 100% IACS worden beschouwd als materialen met een hoog geleidingsvermogen.

Atomaire structuur maakt de doorgang van stroom mogelijk

De atomaire structuur laat de doorgang van elektrische stroom toe, aangezien atomen weinig elektronen in hun valentieschil hebben en deze elektronen op hun beurt weer loskomen van de kern van het atoom.

De beschreven configuratie impliceert dat er geen grote hoeveelheid energie nodig is om elektronen van het ene atoom naar het andere te laten bewegen, wat de beweging van elektronen door de geleider vergemakkelijkt.

Dit soort elektronen worden vrije elektronen genoemd. Hun plaatsing en bewegingsvrijheid door de atomaire structuur is wat de circulatie van elektriciteit door de geleider bevorderlijk maakt.

Verenigde kernen

De moleculaire structuur van de geleiders bestaat uit een hecht netwerk van kernen, dat door zijn samenhang praktisch onbeweeglijk blijft.

Dit maakt de beweging van elektronen die ver weg zijn binnen het molecuul bevorderlijk, omdat ze vrij bewegen en reageren op de nabijheid van een elektrisch veld.

Deze reactie induceert de beweging van de elektronen in een bepaalde richting, waardoor de circulatie van elektrische stroom door het geleidende materiaal mogelijk wordt gemaakt.

Elektrostatisch evenwicht

Door te worden onderworpen aan een bepaalde lading, bereiken geleidende materialen uiteindelijk een toestand van elektrostatisch evenwicht waarin de beweging van ladingen binnen het materiaal niet plaatsvindt.

Positieve ladingen agglomereren aan het ene uiteinde van het materiaal en negatieve ladingen hopen zich op aan het andere uiteinde. De verplaatsing van ladingen naar het oppervlak van de geleider genereert de aanwezigheid van gelijke en tegengestelde elektrische velden in de geleider. Het totale interne elektrische veld in het materiaal is dus nul.

Fysieke eigenschappen

Buigzaam

De elektrische geleiders moeten vervormbaar zijn; dat wil zeggen, ze moeten kunnen vervormen zonder te breken.

Geleidende materialen worden vaak gebruikt in huishoudelijke of industriële toepassingen, waarbij ze moeten worden onderworpen aan buiging en buiging; daarom is de maakbaarheid een buitengewoon belangrijk kenmerk.

Resistent

Deze materialen moeten slijtvast zijn, bestand zijn tegen de mechanische belasting waaraan ze gewoonlijk worden blootgesteld, in combinatie met hoge temperaturen als gevolg van de circulatie van de stroom.

Isolerende laag

Bij gebruik in een residentiële of industriële toepassing of als onderdeel van het onderling verbonden elektrische voedingssysteem, moeten de geleiders altijd bedekt zijn met een geschikte isolatielaag.

Deze buitenlaag, ook wel isolatiemantel genoemd, is nodig om te voorkomen dat de elektrische stroom die door de geleider vloeit in contact komt met mensen of voorwerpen eromheen.

Soorten elektrische geleiders

Er zijn verschillende categorieën elektrische geleiders en op hun beurt zijn er in elke categorie de materialen of media met de hoogste elektrische geleidbaarheid.

Bij uitstek zijn de beste elektrische geleiders massieve metalen, waaronder koper, goud, zilver, aluminium, ijzer en sommige legeringen.

Er zijn echter andere soorten materialen of oplossingen die goede elektrische geleidingseigenschappen hebben, zoals grafiet of zoutoplossingen.

Afhankelijk van de manier waarop elektrische geleiding wordt uitgevoerd, is het mogelijk om drie soorten materialen of geleidende media te onderscheiden, die hieronder worden beschreven:

Metalen geleiders

Deze groep bestaat uit vaste metalen en hun respectievelijke legeringen.

Metalen geleiders danken hun hoge geleidbaarheid aan de wolken van vrije elektronen die de circulatie van elektrische stroom erdoorheen bevorderen. Metalen geven de elektronen op die zich in de laatste baan van hun atomen bevinden zonder grotere hoeveelheden energie te investeren, wat de sprong van elektronen van het ene atoom naar het andere gunstig maakt.

Aan de andere kant worden de legeringen gekenmerkt door een hoge soortelijke weerstand; dat wil zeggen, ze bieden een weerstand die evenredig is met de lengte en diameter van de geleider.

De meest gebruikte legeringen in elektrische installaties zijn messing, een koper-zinklegering; blik, een legering van ijzer en tin; koper-nikkellegeringen; en chroomnikkellegeringen.

Elektrolytische geleiders

Dit zijn oplossingen die bestaan ​​uit vrije ionen, die de elektrische geleiding van ionische klasse helpen.

De meeste van dit soort geleiders zijn aanwezig in ionische oplossingen, omdat elektrolytische stoffen een gedeeltelijke (of totale) dissociatie moeten ondergaan om de ionen te vormen die de lading zullen dragen.

Elektrolytische geleiders baseren hun werking op chemische reacties en op de verplaatsing van materie, waardoor de beweging van elektronen door het circulatiepad mogelijk wordt gemaakt door vrije ionen.

Gasvormige geleiders

In deze categorie vallen de gassen die eerder zijn onderworpen aan een ionisatieproces, waardoor er elektriciteit doorheen kan worden geleid.

Lucht zelf fungeert als een geleider van elektriciteit wanneer het bij diëlektrische storing dient als een geleidend medium voor de vorming van blikseminslag en elektrische ontladingen.

Voorbeelden van geleiders

Aluminium

Het wordt veel gebruikt in bovengrondse elektrische transmissiesystemen, omdat het, ondanks een 35% lager geleidingsvermogen in vergelijking met gegloeid koper, drie keer lichter is dan het laatste.

Hoogspanningscontactdozen zijn meestal bedekt met een uitwendig oppervlak van polyvinylchloride (PVC), dat voorkomt dat de geleider oververhit raakt en de doorgang van elektrische stroom van buitenaf isoleert.

Koper

Het is het metaal dat het meest wordt gebruikt als elektrische geleider in industriële en residentiële toepassingen, gezien de balans die het biedt tussen zijn geleidbaarheid en zijn prijs.

Koper kan worden gebruikt in geleiders van lage en middelhoge dikte, met een of meer draden, afhankelijk van de amperometrische capaciteit van de geleider.

Goud

Het is een materiaal dat wordt gebruikt in elektronische assemblages van microprocessors en geïntegreerde schakelingen. Het wordt ook gebruikt om onder meer accupolen voor voertuigen te vervaardigen.

De geleidbaarheid van goud is ongeveer 20% minder dan de geleidbaarheid van gegloeid goud. Het is echter een zeer duurzaam en corrosiebestendig materiaal.

Zilver

Met een geleidbaarheid van 6,30 x 10 ⁷ Sm ^-1 (9-10% hoger dan de geleidbaarheid van uitgegloeid koper), is dit het metaal met de hoogste elektrische geleidbaarheid die tot nu toe bekend is.

Het is een zeer vervormbaar en taai materiaal, met een hardheid die vergelijkbaar is met die van goud of koper. De kosten zijn echter extreem hoog, dus het gebruik ervan is niet zo gebruikelijk in de industrie.

Referenties

1. Elektrische geleider (sf). Ecured. Havana Cuba. Hersteld van: ecured.cu
2. Elektrische geleiders (sf). Hersteld van: aprendeelectricidad.weebly.com
3. Longo, J. (2009) Elektriciteitsgeleiders. Hersteld van: vivehogar.republica.com
4. Martín, T en Serrano A. (zd). Geleiders in elektrostatisch evenwicht. Polytechnische Universiteit van Madrid. Spanje. Hersteld van: montes.upm.es
5. Pérez, J., en Gardey, A. (2016). Definitie van elektrische geleider. Hersteld van: definicion.de
6. Eigenschappen van elektrische geleiders (sf). Hersteld van: neetescuela.org
7. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Elektrische geleidbaarheid. Hersteld van: es.wikipedia.org
8. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Elektrische geleider. Hersteld van: es.wikipedia.org