ELEKTRIJUHID
2. Elektrijuhid
Elektrijuhid on materjalid, millel on madal elektriline takistus ja mis võimaldavad elektrivoolu liikumist. Juhtivus sõltub elektronide liikumisest ja materjali kristallstruktuurist.
2.1. Peamised elektrijuhid
Vask (Cu)
- Juhtivus: Elektrijuhtivus on 5.8 × 10⁷ S/m (Siemens meetri kohta), mis teeb sellest ühe parima elektrijuhi.
- Mehaanilised omadused: Vask on pehme ja veniv, mis võimaldab sellest hõlpsasti kaableid ja juhtmeid valmistada.
- Korrosioonikindlus: Hapnikuvaba vask oksüdeerub aeglasemalt, kuid üldiselt moodustab vask pinnale oksiidikihi, mis võib vähendada juhtivust.
- Kasutusvaldkonnad:
- Elektrikaablid ja -juhtmed.
- Trafod ja generaatorid.
- Trükkplaadid elektroonikaseadmetes.
Alumiinium (Al)
- Juhtivus: Elektrijuhtivus on 3.5 × 10⁷ S/m, mis on väiksem kui vasel, kuid alumiinium on kergem.
- Tihedus: Umbes 2.7 g/cm³, mis on kolmandik vase tihedusest.
- Korrosioonikindlus: Kaetud oksiidikihiga, mis takistab edasist oksüdeerumist.
- Kasutusvaldkonnad:
- Kõrgepingeliinid ja alajaamad.
- Lennundustööstuse elektrisüsteemid.
- Elektriseadmete korpused ja soojusvahetid.
Hõbe (Ag)
- Juhtivus: Parim elektrijuht, 6.3 × 10⁷ S/m.
- Korrosioonikindlus: Väga kõrge, kuid reageerib väävliühenditega, moodustades hõbesulfiidi (Ag₂S), mis vähendab juhtivust.
- Kasutusvaldkonnad:
- Täppiselektroonika ja sensorid.
- Raadiosageduslikud (RF) ja mikrolainesüsteemid.
- Kontaktmaterjalid lülitites ja releedes.
Kuld (Au)
- Juhtivus: 4.5 × 10⁷ S/m, mis on madalam kui hõbedal ja vasel.
- Korrosioonikindlus: Äärmiselt vastupidav oksüdatsioonile ja keemilistele reaktsioonidele.
- Kasutusvaldkonnad:
- Elektroonikaseadmete kontaktpinnad.
- Mikroprotsessorite ühendused.
- Meditsiinilised ja kõrgtehnoloogilised seadmed.
Erilised juhtivad sulamid
- Nikroom (NiCr):
- Kasutatakse kütteseadmetes, kuna selle kõrge takistus võimaldab tõhusalt soojust toota.
- Juhtivus on madalam kui puhtal metallil (~1.1 × 10⁶ S/m).
- Manganiin (CuMnNi):
- Väga madala temperatuuri koefitsiendiga takistusmaterjal.
- Kasutatakse täppistakistites ja mõõteseadmetes.
- Konstantaan (CuNi35):
- Suure takistusega sulam, mida kasutatakse termopaarides ja täppistakistites.
- Berülliumvask (CuBe):
- Suurepärane tugevuse ja elektrijuhtivuse kombinatsioon.
- Kasutatakse vedrudes, elektrilistes kontaktides ja tööriistades.
- Hõbetatud vask (Ag-Cu):
- Suurendab vasesulamite juhtivust, parandades korrosioonikindlust.
- Kasutatakse kõrgtehnoloogilistes elektrisüsteemides ja kontaktides.
- Telluurvask (CuTe):
- Suurepärane töödeldavus, hea juhtivus.
- Kasutatakse elektroonikakomponentides ja keermestatud ühendustes.
2.2. Juhtivuse mõjutavad tegurid
- Temperatuur – Enamik metalle kaotab temperatuuri tõustes juhtivust, kuna kuumenemine suurendab aatomite võnkumist ja takistab elektronide liikumist.
- Lisandid ja sulamid – Väikesed lisandid võivad drastiliselt muuta materjali elektrilisi omadusi. Näiteks fosfori lisamine vaske parandab selle korrosioonikindlust, kuid vähendab juhtivust.
- Kristallstruktuur ja defektid – Metallide kristallstruktuuris esinevad defektid, nagu tühimikud ja võredislotatsioonid, mõjutavad elektronide liikumist ja võivad suurendada elektritakistust.
- Pinna seisukord – Oksiidide ja saasteainete esinemine juhtiva materjali pinnal võib takistada tõhusat elektriülekannet, eriti madalpinge kontaktides.
- Mikrostruktuur – Materjali teradesuurus ja faasijaotused mõjutavad elektronide hajumist ja seega ka juhtivust.
2.3. Elektrijuhtide kasutusvaldkonnad
- Elektrivõrkude kaablid ja juhtmed – Kasutatakse energia ja andmeside edastamiseks. Peamised materjalid on vask ja alumiinium.
- PCB-d (trükkplaadid) elektroonikaseadmetes – Trükkplaatide valmistamisel kasutatakse vaskfooliumi, mis kantakse epoksiidlaminaadile.
- Kõrgepinge- ja madalpingesüsteemid – Kõrgepinges kasutatakse alumiiniumi, kuna see on kergem ja odavam, madalpingesüsteemides eelistatakse vaske selle parema juhtivuse tõttu.
- Mikroelektroonika ja täppisseadmed – Kulda ja hõbedat kasutatakse spetsiaalsetes rakendustes, kus on vaja erakordset juhtivust ja korrosioonikindlust.
- Induktsioonkuumutusseadmed – Nikroomi ja muude suure takistusega sulamite kasutamine kuumutuselementides.
Elektrotehniliste materjalide valik sõltub rakenduse nõuetest, sealhulgas juhtivusest, mehhaanilistest omadustest ja töötingimustest.