Električni provodnik
| Elektromagnetizam |
|---|
 |
Električni provodnik ili provodnik (lat. konduktor, od conduco - vodim[1]; u starijoj terminologiji elektronoša[2]) električno je provodna materija, to jest materija kroz koju električna struja može kontinuirano da teče. Električnim provodnikom se smatra materija kojoj je električna provodnost veća od približno 107 S/m. Električna provodnost metala temelji se na građi njihovih atoma, odnosno na lakoj pokretljivosti elektrona spoljne elektronske ljuske, koji se pod delovanjem neke sile mogu usmereno kretati. Bakar i aluminijum koriste se najčešće kao materijali električnih provodnika, dok su srebro i zlato za to preskupi, ali se, uz druge metale i legure, upotrebljavaju za električne kontakte. U te se svrhe, posebno u obliku elektroda, koristi i ugljenik (grafit), koji je električno provodan zbog svojih delokalizovanih, lakopokretljivih elektrona. Neke materije (metali, legure ili keramički oksidi), ohlađene na ekstremno niske temperature, izgube svoj električni otpor pa postanu idealni provodnici električne struje (superprovodnost). Elektroliti (rastvori soli, kiseline, lužine), koji provode električnu struju zahvaljujući pokretljivosti svojih jona, se u užem smislu ne ubrajaju u električne provodnike.
Električnim provodnikom smatra se i telo građeno od električno provodljive materije. To je ponajprije žica, najčešće od istog materijala (homogeni provodnik) ili od dva različita materijala (kombinovani provodnik), gola ili izolovana, uglavnom kružnog preseka, koja u okviru električnog voda služi za provođenje električne struje predviđenim putem. Osim žice, kao provodnik služi i traka, šipka ili ploča, kao što je to na primer u gromobranskoj zaštiti. U terminologiji elektroenergetskog sistema, provodnik je naziv za deo (komponentu) električnog voda koji tokom pogona trajno provodi struju opterećenja voda (fazni vodič u trofaznim vodovima naizmenične struje i polni provodnik u vodovima istosmerne struje). Materijali za električne vodiče uglavnom su tvrdovučeni bakar ili aluminijum, te neke legure na njihovoj osnovi. U prvom razdoblju razvoja javne elektrifikacije, za provodnike nadzemnih vodova za prenos i razdeobu električne energije upotrebljavao se uglavnom bakar. Danas se najviše koristi sam aluminijum ili se kombinuje s čelikom, kako bi se provodnik mehanički pojačao (aluminijsko-čelični provodnik poznat kao alučel), odnosno katkada čvršća legura aluminijuma (na primer Aldrej). Za razliku od nadzemnih vodova, za provodnike podzemnih vodova (kablova) uzima se, osim aluminijuma, srazmerno često i bakar. Pune žice od mekanog bakra (ponekad od aluminijuma) danas se upotrebljavaju za provodnike samo u unutrašnjim instalacijama zgrada, jer se mogu lako savijati, što je za te instalacije bitno. Provodnici položeni pod malter ili u beton u zgradama izolovani su uglavnom polimernim materijalima. Provodnici se nalaze u mnogim električnim uređajima, kao što su to žice namota električnih mašina i transformatora, elektromagneta, prigušnica, služe kao cevne i druge sabirnice u rasklopnim energetskim postrojenjima, provodnici su i kontaktne žice električnih željeznica, trolejbusa i tramvaja, te čak i tramvajski koloseci. U telekomunikacijskim vodovima, provodnici se koriste za prenos zvuka, slike i informacija na velike udaljenosti, a osnovna su komponenta i u signalnim instalacijskim mrežama.[3]
Električni provodnici i električni izolatori[uredi | uredi izvor]
Ako se pređe rukom preko elektrizovanog staklenog štapa i ako se približi zatim papirićima, može se videti da ih više neće privlačiti. Štap više nije električan, jer je izgubio svoj električni naboj.[4] Elektricitet je prešao preko ruke u zemlju. Naelektrisani štap nakon dodira na primer komada voska, smole ili drva, i dalje privlači papiriće. Elektricitet se u ovom slučaju nije izgubio kao prethodno dodirom štapa rukom ili bilo kojim metalom. Drugim rečima, sve materije ne sprovode jednako elektricitet, a prema tome ni električnu struju.
Zbog toga se materije dele na električne provodnike i električne izolatore, koji se takođe nazivaju i dielektrici. Provodnici su materije koje dobro provode električnu struju, dok je izolatori ne provode. Provodnici su svi metali, razređeni gasovi, nečista voda, kiseline, rastvori soli i baza (lužina), ugljen, staklo u tečnom stanju i tako dalje. Svi metali nisu jednako dobri provodnici. Među njima je najbolji provodnici srebro, a zatim bakar. Aluminijum je takođe dobar provodnik, te se mnogo upotrebljava za električne vodove visokog električnog napona. Izolatori su staklo, porculan, kvarc, tinjac (tinjci ili liskuni su slojeviti silikati ili filosilikati), guma, svila, parafin, ulje, čista voda i tako dalje.
Provodnici i izolatori su jednako važni u svakodnevnom životu, jer se prvi upotrebljavaju za provođenje električne struje, dok drugi služe za sprečavanje prolaza struje. Tako na primer čašice od porculana služe za vezivanje žica na električnim stubovima: to su izolatori. Isto tako električne žice se obavijaju slojem gume, plastikom, svilom ili papirom koji je namočen u parafin da ne bi struja prešla sa žice na druge predmete.[5]
Specifična provodljivost tehničkih materijala[uredi | uredi izvor]
Tabela i slika daju poređenje specifičnih provodljivosti najčešće korištenih materijala u elektrici i elektronici, pri 20 °C.
| materijal | spec. provodljivost |
| m/Ω | |
| aluminijum | 25-34,5 |
| bakar | 56-57 |
| cekas | 0,89-1,03 |
| konstantan | 2 |
| čelična žica | 5,9 |
| mesing | 12,5-14 |
| platina | 10 |
| srebro | 61 |
| ugljen | oko 0,01 |
| volfram | 18,1 |
| zlato | 43,5 |
| živa | 1,04 |
Struju najbolje provodi srebro, a zatim bakar koji je međutim znatno jeftiniji. Kada nije bitna zapremina, već samo cena i masa provodnika, kao npr. kod dalekovoda, koristi se aluminijum. Kako su pored provodljivosti često važna i neka hemijska ili mehanička svojstva provodnika koriste se i mnogi drugi metali i njihove legure, npr. zlato, platina, cink, živa, mesing, bronza, čelik.
Dobru provodljivost imaju i neki rastvori, mada se mehanizam prenosa električnog naboja u rastvorima (koji se nazivaju elektrolitima) bitno razlikuje od mehanizma premeštanja elektrona u čvrstim materijama i može biti vrlo komplikovan.
Na kraju, postoje materije, koje menjaju provodljivost zavisno od raznih uslova, a među njima najpoznatiji su tzv. poluprovodnici. To su posebne vrste materijala na bazi hemijskih elemenata silicijuma ili germanijuma, koji izraženo menjaju provodljivost zavisno od temperature i količine nečistoća.
Većina provodnika smanjuje provodljivost (teže dopušta kretanje elektrona) ako se zagreje na više temperature i obratno. Kod vrlo vrlo niskih temperatura, neki materijali postaju superprovodni, tj. preskakanje elektrona s atoma na atom se dešava bez ikakvog otpora.
Postoje međutim i materijali koji se ponašaju obrnuto. Tako na primer ugljenu raste provodljivost pri porastu temperature. Malo je poznato, da jedan od najboljih izolatora pri sobnoj temperaturi - staklo, postaje jako provodno kad se ugreje do temperature topljenja.
Puno su ređi materijali, koji u uobičajenim temperaturnim granicama gotovo nimalo ne menjaju provodljivost. Takav je na primer tzv. konstantan. Oni se koriste za posebne namene u elektrotehnici i elektronici, najčešće u kolima za automatsku regulaciju i temperaturnu stabilizaciju.
Provodnici[uredi | uredi izvor]
_line.jpg)
Razne vrste golih ili izolovanih žica i kabala za električne instalacije, trolejvodove i dr. Polažu se kao vazdušni vodovi (razapeti između nosećih elemenata ili stubova od kojih su izolovani raznim izvedbama izolatora), zatim za polaganje u zemlju, pod more, pod malter, u zaštitne cevi, za rudarske namene i dr.
Provodnici se u tehnici javljaju kao:
- goli provodnici
- trolejvodovi (za oduzimanje energije za pogon lokomotiva, tramvaja, dizalica i dr.) posebno oblikovanog, standardiziranog preseka za pojedine namene.
- gola bakarna žica (za razvodne kutije, elektronske uređaje, električne peći i sl.)
- izolovani provodnici (kablovi)
- lak-žica (lakom izolovana bakarna žica) za motanje manjih transformatora, zavojnica i sl.
- kablovi s gumenom izolacijom (sa ili bez spoljnog zaštitnog opleta od pamuka, čelične žice ili trake)
- kablovi s PVC izolacijom (okrugli sa ili bez dodatne spoljne zaštitne obloge, pljosnati raznih izvedbi za postavljanje pod malter i dr.)
- svilom izolovana žica za zavojnice i uređaje slabe struje
- teške i oklopljene izvedbe za pogonske - radioničke uslove
Takođe postoje posebne izvedbe sa nosećim užetom za vešanje na velikim rasponima, otporne na atmosferske uslove, lake i ojačane izvedbe, mnogožične i finožične izvedbe (pletenica od tankih žica koje podnose vibracije i višestruka savijanja, npr. za automobile, mašine za pranje i sl) Posebne su izvedbe za viši i visoki napon. Sve izvedbe, kao i sistem označavanja, dopuštena mehanička i strujna opteretivost, maksimalni proves vazdušnih vodova i drugo su standardizovani.
Boje kod višežilnih izolovanih vodova[uredi | uredi izvor]
- Crni, smeđi i sivi vod – primenjuju se za fazne vodove.
- Svetloplavi vod – primenjuje se za neutralni vod, ako nema neutralnog voda može se koristiti za fazni vod.
- Zeleno-žuti vod – primenjuje se za vodove sa zaštitnom funkcijom (uzemljenje).
Strujna opteretivost provodnika[uredi | uredi izvor]
Strujna opteretivost provodnik zavisi od vrste provodnika, posebno od svojstava izolacije i načina polaganja, te posebno od površine preseka provodnika. Izražava se kao dopuštena jačina struje po jedinici površine preseka (A/mm2), a za konkretne preseke kao dopuštena jačina struje u amperima (A) pri definisanoj temperaturi okoline (0, 20 ili 40 °C).
Standardizirani su takođe i preseci provodnika. Tabela daje površinu preseka zavisno od prečnika za češće korištene preseke u domaćinstvima i opteretivost (jednaka je nazivnoj struji osigurača kojim se strujni krug osigurava) za cevne, oklopljene kabalske ili višežilne provodnike koji nisu položeni u cevima, te višežilne savitljive priključne vodove pri 25 °C:
| prečnik [mm]: | 0,98 | 1,13 | 1,78 | 2,26 | 2,76 | 3,57 |
| presek [mm2]: | 0,75 | 1 | 2,5 | 4 | 6 | 10 |
| opteretivost [A]: | -- | 10 | 20 | 25 | 35 | 50 |
Detaljniji proračun instalacija u kome se uzimaju u obzir očekivane vrste utrošaka, temperature okoline, rezervu za razvoj ili proširenje, vrste i načine polaganja vodova itd. Za svaku konkretnu instalaciju treba da bude određen projektom elektroinstalacije, koga izrađuje ovlaštena projektna kuća ili instalatersko preduzeće. Projektom se definišu i sve sigurnosne mere (uzemljenja, sistem zaštitnih provodnika i dr) na koje obvezuju standardi i tehnički propisi.
Vidi još[uredi | uredi izvor]
Reference[uredi | uredi izvor]
- ^ conductor
- ^ Vuk Marinković, Načela fizike (str. 434). Beograd, 1851.
- ^ Vodič, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2017.
- ^ „Wire Sizes and Resistance” (PDF). Pristupljeno 2018-01-14.
- ^ Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.
Literatura[uredi | uredi izvor]
- Principles of Electric Circuits, 7th edition, Thomas I. Floyd, Prentice Hall, ISBN 978-0-13-098576-7, strane 25 do 27
- William Henry Preece. On Electrical Conductors. 1883.
- Oliver Heaviside. Electrical Papers. Macmillan, 1894.
- Annual Book of ASTM Standards: Electrical Conductors. American Society for Testing and Materials. (every year)
- IET Wiring Regulations. Institution for Engineering and Technology. wiringregulations.net Arhivirano na sajtu Wayback Machine (2. april 2021)
- „Copper, Chemical Element - Overview, Discovery and naming, Physical properties, Chemical properties, Occurrence in nature, Isotopes”. Chemistryexplained.com. Arhivirano iz originala 2013-06-16. g. Pristupljeno 2013-06-01.
- „Applications: Telecommunications - Communications Wiring for Today's Homes”. Copper.org. 2010-08-25. Arhivirano iz originala 2013-05-02. g. Pristupljeno 2013-06-01.
- „Applications: Telecommunications - Infrastructure Wiring for Homes”. Copper.org. 2010-08-25. Arhivirano iz originala 2013-05-04. g. Pristupljeno 2013-06-01.
- „Historical Copper Prices, Copper Prices History”. Dow-futures.net. 22. 1. 2007. Arhivirano iz originala 12. 5. 2010. g. Pristupljeno 1. 5. 2010.
- Berinato, Scott (2007-02-01). „Copper Theft: The Metal Theft Epidemic”. CSO Online. Arhivirano iz originala 2. 2. 2014. g. Pristupljeno 2014-01-19.
- „Copper Theft Threatens U.S. Critical Infrastructure”. Federal Bureau of Investigation. 15. 9. 2005. Arhivirano iz originala 14. 10. 2012. g. Pristupljeno 24. 1. 2014.
- „4 House Fires and Hundreds of Homes Without Power after Substation Targeted”. metaltheftscotland.org.uk. 29. 11. 2013. Arhivirano iz originala 7. 7. 2013. g. Pristupljeno 24. 1. 2014.
