الموصلات الكهربائية: الأنواع والخصائص الرئيسية - جسدي - بدني - 2024

و الموصلات الكهربائية أو مواد موصلة هي تلك التي لديها القليل من المقاومة لتدفق التيار الكهربائي، نظرا خصائص محددة لها. يسهل التركيب الذري للموصلات الكهربائية حركة الإلكترونات من خلالها ، والتي من خلالها يفضل هذا النوع من العناصر نقل الكهرباء.

يمكن تقديم الموصلات في أشكال مختلفة ، أحدها هو المواد في ظروف فيزيائية معينة ، مثل القضبان المعدنية (القضبان) التي لم يتم تصنيعها لتكون جزءًا من الدوائر الكهربائية. على الرغم من عدم كونها جزءًا من مجموعة كهربائية ، فإن هذه المواد تحافظ دائمًا على خصائصها الموصلة.

هناك أيضًا موصلات كهربائية أحادية القطب أو متعددة الأقطاب ، تُستخدم رسميًا كعناصر توصيل للدوائر الكهربائية في البيئات السكنية والصناعية. يمكن تشكيل هذا النوع من الموصلات من الداخل بواسطة أسلاك نحاسية أو نوع آخر من المواد المعدنية ، مغطاة بسطح عازل.

بالإضافة إلى ذلك ، اعتمادًا على تكوين الدائرة ، يمكن تمييز الموصلات للتطبيقات السكنية (رفيعة) أو الكابلات الخاصة بالصنابير تحت الأرض في أنظمة التوزيع الكهربائية (سميكة).

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

مميزات

تتميز الموصلات الكهربائية بأنها لا تقدم مقاومة كبيرة لمرور التيار الكهربائي من خلالها ، وهذا ممكن فقط بفضل خواصها الكهربائية والفيزيائية ، والتي تضمن أن دوران الكهرباء عبر الموصل لا يتسبب في حدوث تشوه أو تدمير. من المواد المعنية.

الخصائص الكهربائية

الخصائص الكهربائية الرئيسية للموصلات الكهربائية هي كما يلي:

الموصلية الجيدة

يجب أن تتمتع الموصلات الكهربائية بموصلية كهربائية جيدة لأداء وظيفتها في نقل الطاقة الكهربائية.

قررت اللجنة الكهرتقنية الدولية في منتصف عام 1913 أن التوصيل الكهربائي للنحاس في حالته النقية يمكن أن يكون بمثابة مرجع لقياس ومقارنة موصلية المواد الأخرى الموصلة.

وهكذا ، تم إنشاء معيار النحاس الملدّن الدولي (IACS لاختصاره باللغة الإنجليزية).

كان المرجع المعتمد هو موصلية سلك نحاسي صلب بطول متر واحد ، وكتلة جرام واحد عند 20 درجة مئوية ، والتي تساوي قيمتها 5.80 × 10 ⁷ سم ^-1. تُعرف هذه القيمة بـ 100٪ الموصلية الكهربائية IACS ، وهي المعيار لقياس موصلية المواد الموصلة.

تعتبر المادة الموصلة على هذا النحو إذا كانت تحتوي على أكثر من 40٪ IACS. تعتبر المواد التي لها موصلية أكبر من 100٪ IACS مواد عالية التوصيل.

يسمح التركيب الذري بمرور التيار

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

يشير التكوين الموصوف إلى أن كمية كبيرة من الطاقة ليست مطلوبة حتى تنتقل الإلكترونات من ذرة إلى أخرى ، مما يسهل حركة الإلكترونات عبر الموصل.

تسمى هذه الأنواع من الإلكترونات بالإلكترونات الحرة. إن تصرفهم وحرية حركتهم في جميع أنحاء التركيب الذري هو ما يجعل دوران الكهرباء عبر الموصل مواتًا.

النوى المتحدة

يتكون التركيب الجزيئي للموصلات من شبكة متماسكة بإحكام من النوى ، والتي تظل عمليا غير متحركة بسبب تماسكها.

هذا يجعل حركة الإلكترونات البعيدة داخل الجزيء مواتية ، لأنها تتحرك بحرية وتتفاعل مع قرب مجال كهربائي.

يحث هذا التفاعل حركة الإلكترونات في اتجاه معين ، مما يسمح بتدوير التيار الكهربائي عبر المادة الموصلة.

التوازن الالكتروستاتيكي

من خلال التعرض لشحنة معينة ، تصل المواد الموصلة في النهاية إلى حالة من التوازن الكهروستاتيكي لا تحدث فيها حركة الشحنات داخل المادة.

تتجمع الشحنات الموجبة في أحد طرفي المادة وتتراكم الشحنات السالبة في الطرف المقابل. ينتج عن إزاحة الشحنات نحو سطح الموصل وجود مجالات كهربائية متساوية ومتقابلة داخل الموصل. وبالتالي ، فإن إجمالي المجال الكهربائي الداخلي داخل المادة هو صفر.

الخصائص البدنية

طيع

يجب أن تكون الموصلات الكهربائية مرنة ؛ أي يجب أن تكون قادرة على التشوه دون أن تنكسر.

غالبًا ما تستخدم المواد الموصلة في التطبيقات المنزلية أو الصناعية ، حيث يجب أن تخضع للثني والانحناء ؛ لذلك ، المرونة هي خاصية مهمة للغاية.

مقاومة

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

طبقة عازلة

عند استخدامها في تطبيق سكني أو صناعي أو كجزء من نظام الإمداد الكهربائي المترابط ، يجب دائمًا تغطية الموصلات بطبقة عازلة مناسبة.

هذه الطبقة الخارجية ، المعروفة أيضًا باسم الغلاف العازل ، ضرورية لمنع التيار الكهربائي المتدفق عبر الموصل من الاتصال بالأشخاص أو الأشياء من حوله.

أنواع الموصلات الكهربائية

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

بالامتياز ، 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 الجرافيت أو المحاليل الملحية.

اعتمادًا على الطريقة التي يتم بها التوصيل الكهربائي ، يمكن التمييز بين ثلاثة أنواع من المواد أو الوسائط الموصلة ، والتي تم تفصيلها أدناه:

الموصلات المعدنية

تتكون هذه المجموعة من معادن صلبة وسبائكها.

تدين الموصلات المعدنية بموصلية عالية لسحب الإلكترونات الحرة التي تفضل دوران التيار الكهربائي من خلالها. تتخلى المعادن عن الإلكترونات الموجودة في المدار الأخير لذراتها دون استثمار كميات أكبر من الطاقة ، مما يجعل قفز الإلكترونات من ذرة إلى أخرى أمرًا مفيدًا.

من ناحية أخرى ، تتميز السبائك بمقاومة عالية ؛ أي أنها تقدم مقاومة تتناسب مع طول وقطر الموصل.

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

الموصلات الالكتروليتية

هذه محاليل مكونة من أيونات حرة تساعد في التوصيل الكهربائي للطبقة الأيونية.

بالنسبة للجزء الأكبر ، توجد هذه الأنواع من الموصلات في المحاليل الأيونية ، حيث يجب أن تخضع المواد الإلكتروليتية لتفكك جزئي (أو كلي) لتكوين الأيونات التي ستكون حاملات شحنة.

تستند الموصلات الإلكتروليتية في عملها على التفاعلات الكيميائية وعلى إزاحة المادة ، مما يسهل حركة الإلكترونات عبر مسار الدوران الذي تتيحه الأيونات الحرة.

الموصلات الغازية

في هذه الفئة توجد الغازات التي سبق أن تعرضت لعملية تأين ، والتي تمكن من توصيل الكهرباء من خلالها.

يعمل الهواء نفسه كموصل للكهرباء عندما يعمل ، عند انهيار العازل ، كوسيط موصل لتشكيل البرق والتفريغ الكهربائي.

أمثلة على الموصلات

الألومنيوم

يتم استخدامه بشكل كبير في أنظمة النقل الكهربائي العلوية لأنه على الرغم من انخفاض الموصلية بنسبة 35 ٪ مقارنةً بالنحاس الملدن ، إلا أن وزنه أخف بثلاث مرات من الأخير.

عادةً ما يتم تغطية مآخذ الجهد العالي بسطح خارجي من البولي فينيل كلوريد (PVC) ، مما يمنع الموصل من ارتفاع درجة الحرارة ويعزل مرور التيار الكهربائي من الخارج.

النحاس

إنه المعدن الأكثر استخدامًا كموصل كهربائي في التطبيقات الصناعية والسكنية ، نظرًا للتوازن الذي يقدمه بين الموصلية والسعر.

يمكن استخدام النحاس في الموصلات ذات المقياس المنخفض والمتوسط ​​، بسلك واحد أو عدة أسلاك ، اعتمادًا على السعة الأمبيرومترية للموصل.

ذهب

إنها مادة تستخدم في التجميعات الإلكترونية للمعالجات الدقيقة والدوائر المتكاملة. كما أنها تستخدم لتصنيع محطات بطاريات للسيارات ، من بين تطبيقات أخرى.

الموصلية للذهب أقل بنسبة 20٪ تقريبًا من موصلية الذهب الملدن. ومع ذلك ، فهي مادة متينة للغاية ومقاومة للتآكل.

فضة

مع الموصلية 6.30 × 10 ⁷ سم ^-1 (9-10٪ أعلى من موصلية النحاس الملدن) ، إنه المعدن ذو الموصلية الكهربائية الأعلى المعروفة حتى الآن.

إنها مادة مرنة للغاية وقابلة للدهن ، مع صلابة مماثلة لصلابة الذهب أو النحاس. ومع ذلك ، فإن تكلفتها مرتفعة للغاية ، لذا فإن استخدامها ليس شائعًا في الصناعة.

المراجع

1. موصل كهربائي (سادس). اكورد. هافانا كوبا. تم الاسترجاع من: ecured.cu
2. الموصلات الكهربائية (سادس). تم الاسترجاع من: aprendeelectricidad.weebly.com
3. لونغو ، ج. (2009) موصلات الكهرباء. تم الاسترجاع من: vivehogar.republica.com
4. Martín و T و Serrano A. (بدون تاريخ). الموصلات في حالة التوازن الكهروستاتيكي. جامعة البوليتكنيك بمدريد. إسبانيا. تم الاسترجاع من: montes.upm.es
5. بيريز ، ج ، وجاردي ، أ. (2016). تعريف الموصل الكهربائي. تم الاسترجاع من: Definicion.de
6. خصائص الموصلات الكهربائية (سادس). تم الاسترجاع من: neetescuela.org
7. ويكيبيديا ، الموسوعة الحرة (2018). الموصلية الكهربائية. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org
8. ويكيبيديا ، الموسوعة الحرة (2018). موصل كهربائي. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org