Przewodnik elektryczny (konduktor) to materiał, który dobrze przewodzi prąd, bo zawiera swobodne nośniki ładunku: w metalach są to elektrony, w roztworach elektrolitów jony. Najlepiej przewodzą srebro i miedź, a w instalacjach najczęściej spotkasz miedź i aluminium.
Zostań elektrykiem z uprawnieniami SEP
Kurs online G1 / G2 / G3 + egzamin państwowy - 100% zdawalności
z kodem ELEKTRYCZKA = 10% rabatu!
Czym jest przewodnik elektryczny i dlaczego mówi się też „konduktor”?
W metalu atomy oddają jeden lub kilka elektronów walencyjnych, które przestają należeć do konkretnego atomu i krążą swobodnie po całym kawałku materiału. Gdy podłączysz źródło napięcia, ta „chmura” elektronów zaczyna się przesuwać w jednym kierunku, a taki uporządkowany ruch to właśnie prąd elektryczny. Im więcej swobodnych elektronów i im łatwiej się poruszają, tym lepszy przewodnik.
W roztworach soli, kwasów i zasad prąd przenoszą jony, a nie elektrony. W gazach przewodzą dopiero po zjonizowaniu, na przykład w lampach wyładowczych, gdzie ruch jonów i elektronów daje świecenie.
Materiał przewodzący prąd nazywa się po polsku przewodnikiem. Słowo konduktor pochodzi od łacińskiego i angielskiego conductor, ale w polskim tekście technicznym występuje rzadko, a w mowie potocznej kojarzy się głównie z pracownikiem pociągu.
Przewodnik to materiał albo element, który przewodzi prąd. Przewód to gotowy wyrób: jedna lub kilka żył z miedzi albo aluminium, zwykle w izolacji. Żyła jest przewodnikiem, a jej izolacja z polwinitu (PVC) – izolatorem. Przewodnikiem jest też przewód ochronny, który opisuje hasło przewód PE, oraz łączący funkcje neutralnego i ochronnego przewód PEN.
Jakie materiały są dobrymi przewodnikami?
Metale przewodzą najlepiej, ale każdy nadaje się do czegoś innego. O wyborze decyduje cena, masa, odporność na korozję i wytrzymałość mechaniczna, a nie sama zdolność przewodzenia.
| Materiał | Rodzaj przewodzenia | Gdzie go spotkasz |
|---|---|---|
| Srebro | elektronowe | styki łączników i aparatów; najmniejszy opór wśród metali, ale wysoka cena |
| Miedź | elektronowe | żyły przewodów w instalacjach, uzwojenia i styki |
| Złoto | elektronowe | powierzchnia styków i układy mikroprocesorowe; odporne na korozję |
| Aluminium | elektronowe | przewody napowietrznych linii energetycznych; lekkie i tańsze od miedzi |
| Stal | elektronowe | części przewodzące aparatów, które muszą być też wytrzymałe mechanicznie |
| Grafit | elektronowe | szczotki doprowadzające napięcie do części wirujących |
| Roztwory soli, kwasów i zasad | jonowe | przewodzą dzięki ruchowi jonów; podobnie zachowuje się woda z rozpuszczonymi solami |
Od najsłabszego do najlepszego przewodnika kolejność wygląda tak: woda, grafit, żelazo i stal, aluminium, złoto, miedź, srebro. Liczby dla poszczególnych metali porównasz w haśle rezystywność, a sama miara zdolności przewodzenia nazywa się przewodnością elektryczną.
Od czego zależy, jak dobrze przewodnik przewodzi prąd?
Na przewodzenie wpływa wiele czynników poza materiałem. Opór metalu rośnie z temperaturą, a zanieczyszczenia i utlenienie powierzchni pogarszają przewodzenie: srebro pokryte tlenkami przewodzi gorzej niż czyste. Metale dobrze przewodzące prąd zwykle dobrze przewodzą też ciepło, co pomaga odprowadzać ciepło z przewodów wysokoprądowych. W bardzo niskiej temperaturze niektóre metale i stopy stają się nadprzewodnikami, czyli tracą opór zupełnie. Czasem opór jest za to pożądany: stopy oporowe, takie jak nichrom, nagrzewają się od prądu i dlatego robi się z nich grzałki.
Czy woda jest przewodnikiem?
To zależy od tego, co w niej rozpuszczono. Woda dejonizowana prawie nie przewodzi, bo brakuje w niej jonów. Woda pitna zawiera sole i przewodzi lepiej, a morska jeszcze lepiej. Formalnie woda nie spełnia definicji przewodnika metalicznego, ale zachowuje się jak słaby albo dobry przewodnik jonowy. Dlatego wilgotne pomieszczenia, mokre dłonie i zalane urządzenia zwiększają ryzyko porażenia prądem elektrycznym.
Czym przewodnik różni się od izolatora i półprzewodnika?
Przewodnik ma mnóstwo swobodnych nośników ładunku, izolator niemal żadnych, a półprzewodnik leży pośrodku i zmienia swoje właściwości pod wpływem domieszek, ciepła albo światła. Różnica w rezystywności sięga wielu rzędów wielkości, a granice między grupami są umowne. W metalu opór rośnie po nagrzaniu, w półprzewodniku zwykle maleje.
Gdzie spotkasz przewodniki w instalacji 230/400 V?
W instalacji mieszkaniowej prąd płynie żyłami miedzianymi, bo miedź jest odporna na przełamanie, łatwa w lutowaniu i odporna cieplnie. Aluminium wybiera się tam, gdzie liczy się masa i cena na dużej długości, czyli w napowietrznych liniach elektroenergetycznych. Przekrój żył dobiera się według normy PN-HD 60364-5-52, bo zbyt cienki przewodnik grzeje się i powoduje duży spadek napięcia.
Przewodnikiem jest też każdy metalowy element, który może znaleźć się pod napięciem. Norma PN-HD 60364 rozróżnia dostępne części przewodzące, jak obudowa pralki, oraz obce części przewodzące, jak metalowa rura wodociągowa. Pierwsze łączysz z przewodem PE, drugie włączasz do połączeń wyrównawczych.
Z tym wszystkim zetkniesz się na egzaminie SEP grupy 1: w pytaniach o to, który przewód jest ochronny, które elementy są przewodzące i dlaczego woda w łazience podnosi zagrożenie.
Czy można łączyć przewody aluminiowe z miedzianymi?
Można, ale nie bezpośrednio pod jednym zwykłym zaciskiem. Przewody aluminiowe kładziono w wielu blokach budowanych w latach 60.–80., więc przy remoncie często dołączasz nowy przewód miedziany do starej żyły aluminiowej.
Takie połączenie ma trzy słabe punkty. Aluminium pokrywa się tlenkiem, który słabo przewodzi prąd i podnosi rezystancję styku. Pod dociskiem śruby aluminium powoli odkształca się i „płynie”, więc zacisk z czasem się luzuje. Miedź i aluminium stykające się w wilgotnym otoczeniu tworzą ogniwo, w którym koroduje aluminium. Każda z tych przyczyn kończy się tak samo: styk się nagrzewa, a przy dużym obciążeniu może nadtopić izolację.
Do łączenia miedzi z aluminium służą złączki i zaciski przeznaczone do obu metali, oznaczone symbolem Al/Cu. Żyłę aluminiową przed montażem oczyszczasz z tlenku. Przy okresowym sprawdzaniu instalacji takie połączenia oglądasz w pierwszej kolejności, bo przegrzewający się styk zdradza przebarwiona lub sztywna izolacja.
Najczęściej zadawane pytania
Przewodnik elektryczny to materiał, który dobrze przewodzi prąd, bo ma swobodne nośniki ładunku. W metalach są nimi elektrony, a w roztworach soli, kwasów i zasad jony. W instalacjach najczęściej używa się miedzi i aluminium.
Do przewodników należą metale, takie jak srebro, miedź, złoto, aluminium i stal, oraz grafit. Przewodzą też roztwory elektrolitów, na przykład woda z rozpuszczonymi solami. Metalowe obudowy i rury w budynku również są przewodnikami, dlatego łączy się je z przewodem ochronnym albo połączeniami wyrównawczymi.
Najmniejszy opór elektryczny ze wszystkich metali ma srebro, a tuż za nim jest miedź. Srebro jest jednak drogie, więc stosuje się je głównie w stykach łączników. Żyły przewodów robi się z miedzi, bo przewodzi niemal tak samo dobrze, a kosztuje znacznie mniej.
Przewodnik ma dużo swobodnych nośników ładunku, więc prąd płynie przez niego łatwo. W izolatorze takich nośników prawie nie ma i prąd praktycznie nie płynie, dopóki nie dojdzie do przebicia. Różnicę opisuje rezystywność, która dla izolatorów jest o wiele rzędów wielkości większa niż dla metali.
