CONDUCTOARE ELECTRICE: TIPURI ȘI CARACTERISTICI PRINCIPALE - FIZIC - 2025

De conductorii electrici sau materialele conductoare sunt acelea care au o rezistență redusă la fluxul de curent electric, având în vedere proprietățile sale specifice. Structura atomică a conductoarelor electrice facilitează mișcarea electronilor prin ele, cu ajutorul cărora acest tip de element favorizează transmiterea energiei electrice.

Conductoarele pot fi prezentate sub diferite forme, unul dintre acestea fiind materialul în condiții fizice specifice, cum ar fi barele metalice (tije) care nu au fost făcute pentru a face parte din circuitele electrice. În ciuda faptului că nu fac parte dintr-un ansamblu electric, aceste materiale își păstrează întotdeauna proprietățile conductoare.

Există, de asemenea, conductoare electrice unipolare sau multipolare, care sunt utilizate formal ca elemente de conectare ale circuitelor electrice în medii rezidențiale și industriale. Acest tip de conductor poate fi format în interior prin fire de cupru sau un alt tip de material metalic, acoperit cu o suprafață izolatoare.

În plus, în funcție de configurația circuitului, se pot diferenția conductoarele pentru aplicații rezidențiale (subțiri) sau cablurile pentru robinete subterane în sistemele de distribuție electrică (groase).

În sensul acestui articol, ne vom concentra asupra caracteristicilor materialelor conductoare în stare pură; În plus, vom ști care sunt cele mai utilizate materiale conductoare astăzi și de ce.

caracteristici

Conductoarele electrice se caracterizează prin faptul că nu oferă prea multă rezistență la trecerea curentului electric prin ele, ceea ce este posibil numai datorită proprietăților lor electrice și fizice, care garantează că circulația energiei electrice prin conductor nu induce deformare sau distrugere. a materialului în cauză.

Caracteristici electrice

Principalele caracteristici electrice ale conductoarelor electrice sunt următoarele:

Conductivitate bună

Conductoarele electrice trebuie să aibă o conductivitate electrică bună pentru a-și îndeplini funcția de a transporta energia electrică.

Comisia Internațională Electrotehnică a stabilit la mijlocul anului 1913 că conductivitatea electrică a cuprului în stare pură poate servi drept referință pentru măsurarea și compararea conductivității altor materiale conductive.

Astfel, a fost instituit Standardul internațional de cupru anexat (IACS pentru acronimul său în engleză).

Referința adoptată a fost conductivitatea unui fir de cupru recuperat cu o lungime de un metru și un gram de masă la 20 ° C, a cărui valoare este egală cu 5,80 x 10 ⁷ Sm ^-1 . Această valoare este cunoscută sub denumirea de 100% conductivitate electrică IACS și este punctul de referință pentru măsurarea conductivității materialelor conductive.

Un material conductor este considerat ca atare dacă are mai mult de 40% IACS. Materialele care au o conductivitate mai mare de 100% IACS sunt considerate materiale cu conductivitate ridicată.

Structura atomică permite trecerea curentului

Structura atomică permite trecerea curentului electric, deoarece atomii au puțini electroni în carcasa lor de valență și, la rândul lor, acești electroni sunt detașați de nucleul atomului.

Configurația descrisă presupune că o cantitate mare de energie nu este necesară pentru ca electronii să se deplaseze de la un atom la altul, facilitând mișcarea electronilor prin conductor.

Aceste tipuri de electroni sunt numiți electroni liberi. Dispunerea și libertatea lor de mișcare în întreaga structură atomică este ceea ce face ca circulația energiei electrice să conducă.

Nuclei uniti

Structura moleculară a conductoarelor este alcătuită dintr-o rețea de nuclee strâns împletită, care rămâne practic imobilă datorită coeziunii sale.

Acest lucru face ca mișcarea electronilor care sunt departe de molecula să fie favorabilă, deoarece se mișcă liber și reacționează la proximitatea unui câmp electric.

Această reacție induce mișcarea electronilor într-o direcție specifică, permițând astfel circulația curentului electric prin materialul conductor.

Echilibrul electrostatic

Fiind supuse unei anumite sarcini, materialele conductoare ajung în cele din urmă la o stare de echilibru electrostatic în care nu se produce mișcarea încărcăturilor în interiorul materialului.

Sarcinile pozitive se aglomerează la un capăt al materialului, iar sarcinile negative se acumulează la capătul opus. Deplasarea sarcinilor către suprafața conductorului generează prezența câmpurilor electrice egale și opuse în interiorul conductorului. Astfel, câmpul electric intern total din material este zero.

Caracteristici fizice

Maleabil

Conductoarele electrice trebuie să fie maleabile; adică trebuie să fie capabili să se deformeze fără a se rupe.

Materialele conductive sunt adesea utilizate în aplicații casnice sau industriale, în care trebuie să fie supuse încovoierii și îndoirii; prin urmare, maleabilitatea este o caracteristică extrem de importantă.

Rezistent

Aceste materiale trebuie să fie rezistente la uzură, pentru a rezista la condițiile de solicitare mecanică la care sunt supuse de obicei, însoțite de temperaturi ridicate datorită circulației curentului.

Strat izolant

Când sunt utilizate într-o aplicație rezidențială sau industrială sau ca parte a sistemului de alimentare electrică interconectată, conductorii trebuie să fie întotdeauna acoperite de un strat izolant adecvat.

Acest strat exterior, cunoscut și sub denumirea de manta izolatoare, este necesar pentru a împiedica curentul electric care trece prin conductor să intre în contact cu persoane sau obiecte din jurul său.

Tipuri de conductoare electrice

Există diferite categorii de conductoare electrice și, la rândul lor, în fiecare categorie sunt materialele sau mediile cu cea mai mare conductivitate electrică.

Prin excelență, cei mai buni conductori electrici sunt metalele solide, printre care se evidențiază cupru, aur, argint, aluminiu, fier și unele aliaje.

Cu toate acestea, există și alte tipuri de materiale sau soluții care au proprietăți bune de conducere electrică, cum ar fi soluțiile de grafit sau soluție salină.

În funcție de modul în care este efectuată conducta electrică, este posibilă diferențierea a trei tipuri de materiale sau medii conductoare, care sunt detaliate mai jos:

Conductoare metalice

Acest grup este format din metale solide și aliajele respective.

Conductorii metalici își datorează conductibilitatea ridicată la nori de electroni liberi care favorizează circulația curentului electric prin ei. Metalele renunță la electronii situați pe ultima orbită a atomilor lor, fără a investi cantități mai mari de energie, ceea ce face saltul electronilor de la un atom la altul propice.

Pe de altă parte, aliajele se caracterizează prin faptul că au o rezistivitate ridicată; adică prezintă o rezistență proporțională cu lungimea și diametrul conductorului.

Cele mai utilizate aliaje în instalațiile electrice sunt alama, un aliaj de cupru-zinc; tabla de tablă, un aliaj de fier și staniu; aliaje de nichel de cupru; și aliaje de nichel crom.

Conductoare electrolitice

Acestea sunt soluții formate din ioni liberi, care ajută conducta electrică din clasa ionică.

În mare parte, aceste tipuri de conductoare sunt prezente în soluții ionice, deoarece substanțele electrolitice trebuie să fie supuse unei disocieri parțiale (sau totale) pentru a forma ionii care vor fi purtători de încărcare.

Conductoarele electrolitice își bazează funcționarea pe reacții chimice și pe deplasarea materiei, ceea ce facilitează mișcarea electronilor pe calea de circulație activată de ioni liberi.

Conductoare gazoase

În această categorie fac parte gazele care au fost supuse anterior unui proces de ionizare, care permite conducerea electricității prin ele.

Aerul însuși acționează ca un conductor de electricitate atunci când, în urma unei defecțiuni dielectrice, acesta servește ca mediu conductor pentru formarea fulgerului și descărcărilor electrice.

Exemple de conductoare

Aluminiu

Este foarte utilizat în sistemele electrice de transmisie aeriană, deoarece, deși are o conductivitate mai mică cu 35% în comparație cu cuprul recuperat, greutatea sa este de trei ori mai ușoară decât cea din urmă.

Soclurile de înaltă tensiune sunt de obicei acoperite de o suprafață externă de clorură de polivinil (PVC), care împiedică supraîncălzirea conductorului și izolează trecerea curentului electric din exterior.

Cupru

Este metalul cel mai utilizat ca conductor electric în aplicații industriale și rezidențiale, având în vedere echilibrul pe care îl prezintă între conductivitatea și prețul său.

Cuprul poate fi utilizat în conductoare cu ecartament redus și mediu, cu unul sau mai multe fire, în funcție de capacitatea amperometrică a conductorului.

Aur

Este un material utilizat în ansambluri electronice de microprocesoare și circuite integrate. Este, de asemenea, utilizat pentru fabricarea de terminale pentru baterii pentru vehicule, printre alte aplicații.

Conductivitatea aurului este cu aproximativ 20% mai mică decât conductivitatea aurului recuperat. Cu toate acestea, este un material foarte rezistent și rezistent la coroziune.

Argint

Cu o conductivitate de 6,30 x 10 ⁷ Sm ^-1 (cu 9-10% mai mare decât conductivitatea cuprului turnat), este metalul cu cea mai mare conductibilitate electrică cunoscută până în prezent.

Este un material foarte maleabil și ductil, cu o duritate comparabilă cu cea a aurului sau a cuprului. Cu toate acestea, costul său este extrem de mare, astfel încât utilizarea sa nu este atât de comună în industrie.

Referințe

1. Conductor electric (sf). Ecured. Havana Cuba. Recuperat din: ecured.cu
2. Conductoare electrice (sf). Recuperat de la: aprendeelectricidad.weebly.com
3. Longo, J. (2009) Conductoare de electricitate. Recuperat de la: vivehogar.republica.com
4. Martín, T și Serrano A. (nd). Conductori în echilibru electrostatic. Universitatea Politehnică din Madrid. Spania. Recuperat din: montes.upm.es
5. Pérez, J., și Gardey, A. (2016). Definiția electric conductor. Recuperat din: definicion.de
6. Proprietățile conductoarelor electrice (sf). Recuperat de la: neetescuela.org
7. Wikipedia, Enciclopedia gratuită (2018). Conductivitatea electrică Recuperat de la: es.wikipedia.org
8. Wikipedia, Enciclopedia gratuită (2018). Conductor electric. Recuperat de la: es.wikipedia.org