Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Kupari ja hopea ovat yleisimpiä
- Alumiini toimii hyvin, mutta sillä on riskejä
- Kulta on tehokasta, mutta kallista
- Teräs- ja messinkiseoksilla on erityisiä käyttötarkoituksia
Sähköjohtimissa on liikkuvia sähköisesti varautuneita hiukkasia, joita metalleissa kutsutaan "elektroniksi". Kun metalli kohdistuu sähkövaraukseen tietyissä kohdissa, elektronit liikkuvat ja antavat sähkön kulkea. Materiaalit, joilla on suuri elektronien liikkuvuus, ovat hyviä johtimia ja materiaalit, joilla on pieni elektronien liikkuvuus, eivät ole hyviä johtimia, siksi kutsutaan "eristeiksi".
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Kupari, hopea, alumiini, kulta, teräs ja messinki ovat yleisiä sähkönjohtimia. Vaikka hopea ja kulta ovat molemmat tehokkaita, ne ovat liian kalliita yleiseen käyttöön. Yksittäiset ominaisuudet tekevät jokaisesta ihanteellisen tiettyihin tarkoituksiin.
Kupari ja hopea ovat yleisimpiä
Hopea on paras sähkönjohdin, koska se sisältää suuremman määrän liikkuvia atomeja (vapaita elektroneja). Jotta materiaali olisi hyvä johdin, sen läpi kuljetetun sähkön on kyettävä siirtämään elektroneja; Mitä enemmän metallissa on vapaita elektroneja, sitä suurempi on sen johtavuus. Hopea on kuitenkin kalliimpaa kuin muut materiaalit, eikä sitä yleensä käytetä, ellei sitä vaadita erikoislaitteille, kuten satelliiteille tai piirilevyille. Kupari on vähemmän johtavaa kuin hopea, mutta on halvempaa ja sitä käytetään yleisesti tehokkaana johtajana kodinkoneissa. Suurin osa langoista on kuparipinnoitettuja ja sähkömagneettiset ytimet on yleensä kääritty kuparilangalla. Kupari on myös helppo juottaa ja kääriä johtoihin, joten sitä käytetään usein, kun tarvitaan suuri määrä johtavaa materiaalia.
Alumiini toimii hyvin, mutta sillä on riskejä
Alumiini, verrattuna yksikköpainoon, on itse asiassa johtavampi kuin kupari ja maksaa vähemmän. Alumiinimateriaalia käytetään kotitaloustuotteissa tai johdotuksissa, mutta se ei ole yleinen valinta, koska siinä on useita rakenteellisia puutteita. Esimerkiksi alumiinilla on taipumus muodostaa sähköisesti kestävä oksidipinta sähkökytkennöissä, mikä voi aiheuttaa liitoksen ylikuumenemisen. Alumiinia käytetään sen sijaan korkeajännitejohtoihin (kuten puhelinjohtoihin), jotka voidaan koteloida teräkseen lisäsuojausta varten.
Kulta on tehokasta, mutta kallista
Kulta on hyvä sähköjohdin eikä tuhota kuten muut metallit joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa - esimerkiksi teräs tai kupari voi hapettua (syövyttää) pitkäaikaisessa käyttäytymisessä hapen kanssa. Kulta on erityisen kallista ja sitä käytetään vain tietyille materiaaleille, kuten piirilevykomponenteille tai pienille sähköliittimille. Jotkut materiaalit voivat saada kullatun päällysteen sähköjohtimena tai käyttää pienen määrän kultaa, joka sitten päällystetään toiseen materiaaliin valmistuskustannusten vähentämiseksi.
Teräs- ja messinkiseoksilla on erityisiä käyttötarkoituksia
Teräs on raudan seos, joka on myös johdin, ja se on joustamaton metalli, joka on erittäin syövyttävää joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa. Se on vaikea valettu, eikä sitä käytetä pienissä tuotteissa tai koneissa; sen sijaan terästä käytetään muiden johtimien sulkemiseen tai suurten rakenteiden valmistukseen. Messinki, joka on myös seos, on vetometalli, jonka avulla on helppo taivuttaa ja muovata eri osiksi pienemmille koneille. Se on vähemmän syövyttävää kuin teräs, hieman johtava, halvempaa ostaa ja säilyttää arvon käytön jälkeen, kun taas teräslejeeringit ovat arvokkaita vain ensimmäisellä ostohetkellä.