أنواع الموصلات الكهربائية وخصائصها الرئيسية

ال الموصلات الكهربائية أو المواد الموصلة هي تلك التي لديها مقاومة تذكر لتداول التيار الكهربائي ، بالنظر إلى خصائصها المحددة. الهيكل الذري للموصلات الكهربائية يسهل حركة الإلكترونات من خلالها ، وهذا النوع من العناصر يفضل نقل الكهرباء.

يمكن أن تظهر الموصلات بأشكال متنوعة ، أحدها هو المادة في ظروف مادية محددة ، مثل قضبان المعدن (حديد التسليح) التي لم يتم تطويرها لتشمل الدوائر الكهربائية. على الرغم من عدم كونها جزءًا من مجموعة كهربائية ، إلا أن هذه المواد تحافظ دائمًا على خصائص قيادتها.

هناك أيضا الموصلات الكهربائية أحادية القطب أو متعددة الأقطاب ، والتي تستخدم رسميا كعناصر ربط الدوائر الكهربائية في المناطق السكنية والصناعية. يمكن تشكيل هذا النوع من الموصلات بداخلها بواسطة أسلاك نحاسية أو أي نوع آخر من المواد المعدنية ، مغطاة بسطح عازل.

بالإضافة إلى ذلك ، اعتمادًا على تكوين الدائرة ، يمكن التمييز بين الموصلات في التطبيقات السكنية (الرقيقة) أو الكبلات للمآخذ تحت الأرض في أنظمة التوزيع الكهربائية (سميكة).

لأغراض هذه المقالة ، سوف نركز على خصائص المواد الموصلة في حالتها النقية ؛ بالإضافة إلى ذلك ، سوف نعرف ما هي المواد الموصلة الأكثر استخدامًا ولماذا.

مؤشر

• 1 الخصائص
  • 1.1 الخصائص الكهربائية
  • 1.2 الخصائص الفيزيائية
• 2 أنواع الموصلات الكهربائية
  • 2.1 الموصلات المعدنية
  • 2.2 الموصلات كهربائيا
  • 2.3 موصلات الغاز
• 3 أمثلة للسائقين
  • 3.1 الألومنيوم
  • 3.2 النحاس
  • 3.3 الذهب
  • 3.4 الفضة
• 4 المراجع

ملامح

تتميز الموصلات الكهربائية بعدم تقديم قدر كبير من المقاومة لمرور التيار الكهربائي من خلالها ، وهذا ممكن فقط بفضل خواصها الكهربائية والفيزيائية ، والتي تضمن أن دوران الكهرباء من قبل الموصل لا يؤدي إلى تشويه أو إتلاف من المادة في السؤال.

الخصائص الكهربائية

الخصائص الكهربائية الرئيسية للموصلات الكهربائية هي كما يلي:

الموصلية الجيدة

يجب أن تحتوي الموصلات الكهربائية على توصيل كهربائي جيد للوفاء بوظيفتها في نقل الطاقة الكهربائية.

قررت اللجنة الكهرتقنية الدولية في منتصف عام 1913 أن الموصلية الكهربائية للنحاس النقي يمكن أن تكون بمثابة مرجع لقياس ومقارنة الموصلية من المواد الموصلة الأخرى.

وبالتالي ، تم تأسيس المعيار الدولي لتليين النحاس (معيار صلب النحاس الدولي, IACS عن اختصارها باللغة الإنجليزية).

كانت المرجع المعتمد هو الموصلية لسلك نحاس صلب طوله متر واحد ، وكتلة غرام واحدة عند 20 درجة مئوية ، وقيمتها تساوي 5.80 × 10⁷ S.M^-1. تُعرف هذه القيمة باسم التوصيل الكهربي IACS 100٪ ، وهي النقطة المرجعية لقياس توصيل المواد الموصلة.

تعتبر المواد الموصلة على هذا النحو إذا كان لديها أكثر من 40 ٪ IACS. المواد التي لديها الموصلية أكبر من 100 ٪ IACS تعتبر مواد عالية الموصلية.

التركيب الذري يسمح بمرور التيار

يسمح التركيب الذري بمرور التيار الكهربائي ، حيث تحتوي الذرات على عدد قليل من الإلكترونات في قشرة التكافؤ ، وبالتالي ، يتم فصل هذه الإلكترونات عن نواة الذرة..

التكوين الموصوف يعني أنه لا يتطلب كمية كبيرة من الطاقة للإلكترونات للانتقال من ذرة واحدة إلى أخرى ، مما يسهل حركة الإلكترونات من خلال الموصل.

يسمى هذا النوع من الإلكترونات الإلكترونات الحرة. التصرف فيها وحرية الحركة على طول الهيكل الذري هو ما يسهل تداول الكهرباء من خلال السائق.

النوى المتحدة

يتكون الهيكل الجزيئي للموصلات من شبكة متماسكة من النواة ، والتي لا تزال غير نشطة عملياً بسبب تماسكها.

وهذا يجعل حركة الإلكترونات البعيدة داخل الجزيء مناسبة ، لأنها تتحرك بحرية وتتفاعل مع قرب المجال الكهربائي. 

يستحث هذا التفاعل حركة الإلكترونات في اتجاه معين ، مما يؤدي إلى دوران التيار الكهربائي من خلال المادة الموصلة.

التوازن الكهربائي

عند تعرضها لحمل معين ، تصل المواد الموصلة في النهاية إلى حالة من التوازن الكهروستاتيكي حيث لا توجد حركة لشحنات داخل المادة.

تتكدس الشحنات الموجبة في أحد طرفي المادة وتتراكم الشحنات السلبية في الطرف المقابل. يؤدي إزاحة الشحنات باتجاه سطح الموصل إلى وجود حقول كهربائية متساوية ومعاكسة في الجزء الداخلي من الموصل. وبالتالي ، فإن إجمالي المجال الكهربائي الداخلي داخل المادة هو صفر.

الخصائص الفيزيائية

طيع

يجب أن تكون الموصلات الكهربائية قابلة للطرق ؛ وهذا هو ، يجب أن تكون قادرة على تشويه دون كسر.

تستخدم المواد الموصلة عادة في التطبيقات المحلية أو الصناعية ، والتي يجب أن تخضع للانحناءات والانحناءات ؛ لهذا ، فإن المرونة هي ميزة مهمة للغاية.

مقاوم

يجب أن تكون هذه المواد مقاومة للتآكل ، لتحمل ظروف الضغط الميكانيكي التي تتعرض لها عادة ، إلى جانب درجات الحرارة المرتفعة بسبب دوران التيار.

طبقة العزل

عند استخدامها في التطبيقات السكنية أو الصناعية أو كجزء من نظام الإمداد بالطاقة المترابط ، يجب دائمًا تغطية الموصلات بطبقة عازلة مناسبة.

هذه الطبقة الخارجية ، والمعروفة أيضًا باسم الغلاف العازل ، ضرورية لمنع التيار الكهربي المتدفق عبر الموصل من التماس مع الأشخاص أو الأشياء المحيطة به..

أنواع الموصلات الكهربائية

هناك فئات مختلفة من الموصلات الكهربائية ، وفي المقابل ، في كل فئة هي المواد أو الوسائط ذات الموصلية الكهربائية الأعلى.

للتميز ، فإن أفضل الموصلات الكهربائية هي المعادن الصلبة ، ومن بينها النحاس والذهب والفضة والألمنيوم والحديد وبعض السبائك..

ومع ذلك ، هناك أنواع أخرى من المواد أو المحاليل التي لها خصائص توصيل كهربائي جيدة ، مثل حلول الجرافيت أو الملح.

بناءً على الطريقة التي يتم بها التوصيل الكهربائي ، من الممكن التمييز بين ثلاثة أنواع من المواد أو الوسائل الموصلة ، المفصلة أدناه:

الموصلات المعدنية

تتكون هذه المجموعة من المعادن الصلبة وسبائكها.

تدين الموصلات المعدنية بموصليتها العالية إلى سحب الإلكترونات الحرة التي تفضل تداول التيار الكهربائي من خلالها. تنتج المعادن الإلكترونات الموجودة في المدار الأخير من ذراتها دون استثمار كميات أكبر من الطاقة ، مما يجعل قفزة الإلكترونات من ذرة إلى أخرى.

من ناحية أخرى ، تتميز السبائك بوجود مقاومة عالية ؛ وهذا هو ، لديهم مقاومة تتناسب مع طول وقطر الموصل.

السبائك الأكثر استخدامًا في التركيبات الكهربائية هي النحاس وسبائك النحاس والزنك. صفيح ، سبيكة من الحديد والقصدير ؛ سبائك النحاس والنيكل. والكروم وسبائك النيكل.

الموصلات كهربائيا

هذه هي حلول مكونة من أيونات حرة ، والتي تساعد التوصيل الكهربائي من الطبقة الأيونية.

بالنسبة للجزء الأكبر ، توجد هذه الأنواع من الموصلات في المحاليل الأيونية ، حيث يجب أن تخضع المواد الإلكتروليتية لفصل جزئي (أو كلي) لتشكيل الأيونات التي ستكون حاملة للشحن.

تقوم الموصلات الإلكتروليتية بعملياتها على التفاعلات الكيميائية وإزاحة المادة ، مما يسهل حركة الإلكترونات عبر مسار الدورة الممكّن من الأيونات الحرة.

موصلات الغاز

في هذه الفئة هي الغازات التي سبق أن تعرضت لعملية التأين ، والتي تمكن من توصيل الكهرباء من خلال هذه.

يعمل الهواء نفسه كموصل للكهرباء عندما ، عندما يحدث الانهيار العازل ، يكون بمثابة وسيلة توصيل كهربائية لتكوين البرق والصدمة الكهربائية..

أمثلة من السائقين

الألومنيوم

يستخدم بشكل كبير في أنظمة النقل الكهربائية العلوية لأنه على الرغم من انخفاض الموصلية بنسبة 35٪ مقارنة بالنحاس الصلب ، إلا أن وزنه أقل بثلاث مرات من الأخير..

غالبًا ما يتم تغطية منافذ الجهد العالي بسطح خارجي من كلوريد البوليفينيل (PVC) ، مما يمنع ارتفاع درجة حرارة الموصل ويعزل مرور التيار الكهربائي من الخارج.

نحاس

إنه المعدن الأكثر استخدامًا كموصل كهربائي في التطبيقات الصناعية والسكنية ، بالنظر إلى التوازن بين الموصلية والسعر.

يمكن استخدام النحاس في الموصلات المنخفضة والمتوسطة الحجم ، مع واحد أو عدة أسلاك ، وهذا يتوقف على قدرة الموصل الحالية..

الذهب

إنها مادة تستخدم في التجميعات الإلكترونية للمعالجات الدقيقة والدوائر المتكاملة. كما أنها تستخدم لتصنيع أطراف البطارية للمركبات ، من بين تطبيقات أخرى.

الموصلية من الذهب ما يقرب من 20 ٪ أقل من الموصلية من الذهب صلب. ومع ذلك ، فهي مادة متينة للغاية ومقاومة للتآكل.

فضة

مع الموصلية 6.30 × 10⁷ S.M^-1 (9-10 ٪ من الموصلية من النحاس الصلب) ، هو المعدن مع أعلى الموصلية الكهربائية المعروفة حتى الآن.

إنها مادة مرنة وطويلة للغاية ، مع صلابة تشبه صلابة الذهب أو النحاس. ومع ذلك ، فإن تكلفتها مرتفعة للغاية ، لذا فإن استخدامها ليس شائعًا جدًا في الصناعة.

مراجع

1. موصل كهربائي (s.f.). Ecured. هافانا ، كوبا تم الاسترجاع من: ecured.cu
2. الموصلات الكهربائية (s.f.). تم الاسترجاع من: aprendeelectricidad.weebly.com
3. Longo، J. (2009) الموصلات الكهربائية. تعافى من: vivirhogar.republica.com
4. مارتين ، تي ، وسيرانو (s.f.). الموصلات في التوازن الكهربائي. جامعة البوليتكنيك في مدريد. اسبانيا. تم الاسترجاع من: montes.upm.es
5. Pérez، J.، and Gardey، A. (2016). تعريف الموصل الكهربائي. تم الاسترجاع من: definicion.de
6. خواص الموصلات الكهربائية. تم الاسترجاع من: neetescuela.org
7. ويكيبيديا ، الموسوعة الحرة (2018). الموصلية الكهربائية تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
8. ويكيبيديا ، الموسوعة الحرة (2018). موصل كهربائي تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org