от чего зависит и как используется в производстве

Из этого материала вы узнаете:

• Природа электропроводности металлов
• Электрическое сопротивление металлов
• Степень электропроводности разных металлов и сплавов
• Опасность металлов с высокой электропроводностью
• Зависимость электропроводности металлов от факторов внешней среды

Электропроводность металлов и сплавов – физическое свойство, которое учитывается при производстве разных видов изделий. Например, для изготовления электрических кабелей, микросхем используют металлы с высокими показателями электропроводности.

Данный параметр зависит от факторов окружающей среды: температуры, давления, агрегатного состояния, наличия магнитных полей и т. д. Если говорить о чистых металлах и влиянии температуры на их электропроводность, то с ростом она падает. Подробнее о том, что собой представляет электропроводность металлов, вы узнаете из нашего материала.

Природа электропроводности металлов

Электропроводностью называют способность тела, вещества проводить ток. Кроме того, этим термином обозначается физическая величина, которая численно характеризует данную способность. Электропроводность металла определяется числом свободных ионов в проводнике – их движение и является электрическим током. Данный показатель исчисляется в сименсах, а в международной системе единиц для его обозначения используется буква «S».

В зависимости от того, какой электропроводностью обладают металлы и иные вещества, среди них выделяют проводники, диэлектрики и полупроводники. Правда, между данными группами практически не существует четкого разграничения.

Чем обусловлена высокая электропроводность металлов-проводников? Они имеют большое количество свободных ионов. Среди веществ этой группы выделяют два рода, исходя из физической природы протекания тока. К первому относятся металлы с электронной проводимостью, по которым ток проходит благодаря движению свободных электронов.

Ко второму причисляют растворы кислот, щелочей, солей или электролиты, имеющие ионную проводимость. Иными словами, здесь интересующий нас процесс связан с движением положительных и отрицательных ионов. Уровень электропроводности проводников превышает 106(Ом·м)-1.

 

Диэлектрики обладают малым числом свободных ионов, поэтому отличаются низкой электропроводностью, практически не проводят ток. Такими материалами являются дерево, смолы, пластмассы, стекло, пр. Для них данный показатель составляет менее 106(Ом·м)-1.

По своим проводящим свойствам полупроводники занимают промежуточное положение между материалами описанных выше групп. К ним относятся германий, кремний, селен, прочие соединения, получаемые искусственно.

Существует зависимость электропроводности металлов и иных веществ от температуры, но она является индивидуальной для каждого материала. Повышение степени нагрева металлов приводит к сокращению времени свободного пробега электронов.

Увеличение температуры влечет за собой возрастание тепловых колебаний кристаллической решетки, на которой рассеиваются электроны, что вызывает уменьшение электропроводности.

Полупроводникам свойственна другая зависимость электропроводности металлов от температуры: ее повышение провоцирует рост электропроводности, поскольку увеличивается число электронов проводимости и положительных носителей заряда. У диэлектриков электропроводность тоже может возрастать, однако для этого требуется очень высокое электрическое напряжение.

Металлы способны проводить ток, поскольку воздействие электромагнитного поля вызывает потерю связи между электроном и атомом из-за высокой степени ускорения.

Электрическое сопротивление металлов

Электрическое сопротивление является частью закона Ома и исчисляется в омах (Ом). Нужно понимать, что электрическое и удельное сопротивление являются разными явлениями. Если первое представляет собой свойство объекта, то второе характеризует материал.

Так, электрическое сопротивление резистора зависит от формы и удельного сопротивления материала, использованного для изготовления данного элемента электрической цепи.

Допустим, проволочный резистор состоит из длинной тонкой проволоки и обладает более высоким сопротивлением, чем аналогичный элемент, но выполненный из короткой и толстой проволоки. При этом оба они сделаны из одного металла.

Если сравнить два резистора из проволоки одинаковой длины и диаметра, то большим электрическим сопротивлением будет обладать тот, который состоит из материала с высоким удельным сопротивлением. А его аналогу из материала с низким удельным сопротивлением будет свойственно меньшее электрическое сопротивление.

 

В этом случае работает тот же принцип, что и в гидравлической системе, прокачивающей воду по трубам:

• Чем больше длина трубы и меньше ее толщина, тем с более высоким сопротивлением сталкивается жидкость.
• Вода будет испытывать на себе меньшее сопротивление в пустой трубе, чем в заполненной песком.

Под удельным сопротивлением понимают способность материала препятствовать прохождению электрического тока. В физике существует и обратная величина, известная как проводимость. Она выглядит таким образом:

Σ = 1/ρ, где ρ – удельное сопротивление вещества.

Электропроводность металлов и других веществ зависит от свойств носителей зарядов. В металлах присутствуют свободные электроны – на внешней оболочке их число доходит до трех. Во время химических реакций с элементами из правой части таблицы Менделеева атом металла отдает их. С электропроводностью чистых металлов все несколько иначе. В их кристаллической структуре эти наружные электроны общие и переносят заряд под действием электрического поля.

В случае с растворами в качестве носителей заряда выступают ионы.

Степень электропроводности разных металлов и сплавов

Развитием электронной теории электропроводности металлов занимался немецкий физик Пауль Друде.

Именно благодаря его исследованиям стало известно о сопротивлении, наблюдаемом при прохождении электрического тока через проводник. В результате удалось разделить вещества на группы, исходя из степени их проводимости.

Данная информация необходима, например, чтобы выбрать наиболее подходящий металл для производства кабеля, обладающего определенным набором свойств. Ошибка в этом случае чревата перегревом под действием тока избыточного напряжения и последующим возгоранием.

Серебро – это металл, обладающий самой высокой электропроводностью. При +20 °C этот показатель равен 63,3×104 см-1. Тем не менее, производство серебряной проводки является нерентабельным, поскольку речь идет о достаточно редком металле. В большинстве случаев он идет на изготовление ювелирных изделий, украшений, монет.

Среди неблагородных цветных металлов самая высокая электропроводность характеризует медь – она составляет 57×104 см-1 при +20 °C. Помимо этого, медь хорошо справляется с постоянными электрическими нагрузками, долговечна, надежна, имеет высокую температуру плавления, поэтому может долго работать в нагретом состоянии. Все названные свойства позволяют активно применять данный металл для бытовых целей и на производстве.

Не реже меди используется алюминий, ведь по электропроводности он уступает только серебру, меди и золоту. Его температура плавления практически в два раза ниже, чем у меди, из-за чего алюминий не может выдерживать предельные нагрузки. По этой причине его применяют в сетях с невысоким напряжением. Узнать электропроводность остальных металлов можно в соответствующей таблице.

По проводимости любой сплав значительно уступает чистому металлу, что объясняется слиянием структурной сетки, вызывающим нарушение нормального функционирования электронов. Так, медные провода изготавливают только из металла с максимальной долей примесей 0,1 % или даже 0,05 %, если речь идет об отдельных разновидностях кабеля.

Приведенные показатели – это удельная электропроводность металлов, которая представляет собой отношение плотности тока к величине электрического поля в проводнике.

Опасность металлов с высокой электропроводностью

Щелочные металлы имеют крайне высокую электропроводность, объясняют этот факт тем, что в них электроны практические не привязаны к ядру и могут быть без труда выстроены в требуемой последовательности. Еще одна особенность этих металлов состоит в низкой температуре плавления в сочетании со значительной химической активностью, что обычно не позволяет использовать их в качестве материалов для кабелей.

Находясь в незащищенном виде, металлы с высокой электропроводностью несут в себе большую опасность. Прикосновение к оголенным проводам вызывает электрический ожог, разряд воздействует на внутренние органы, что нередко становится причиной мгновенной смерти человека.

Поэтому металл закрывают специальными изоляционными материалами, которые могут быть жидкими, твердыми, газообразными – конкретный тип подбирается в соответствии со сферой использования изделия. Вне зависимости от агрегатного состояния защиты она призвана изолировать электрический ток в цепи, чтобы не допустить его воздействия на окружающую среду.

Зависимость электропроводности металлов от факторов внешней среды

Проводимость не является постоянной величиной. В таблицах приведены сведения, характерные для нормальных условий или при температуре +20 °С. В реальной жизни сложно обеспечить идеальные условия для работы цепи. Удельное сопротивление, а значит, и проводимость, определяется такими характеристиками:

• температурой;
• давлением;
• наличием магнитных полей;
• светом;
• агрегатным состоянием вещества.

Изменения интересующего нас параметра зависят от условий среды и свойств конкретного материала. Электропроводность ферромагнетиков, в число которых входят железо и никель, увеличивается при совпадении направления тока с направлением силовых линий магнитного поля. Зависимость электропроводности от теплопроводности металлов и окружающей температуры практически линейная, даже есть понятие температурного коэффициента сопротивления – данную величину можно уточнить в таблицах.

Правда, направление зависимости определяется конкретным веществом: у металлов оно при увеличении температуры повышается, у редкоземельных элементов и растворов электролитов увеличивается в пределах одного агрегатного состояния.

Полупроводники характеризуются гиперболической и обратной зависимостью электропроводности от температуры: рост степени нагрева приводит к повышению электропроводности металлов. Данная особенность качественно отличает проводники от полупроводников. Зависимость ρ проводников от температуры выглядит следующим образом:

На графике отображено удельное сопротивление меди, платины, железа. Некоторые металлы характеризуются иначе: ртуть при понижении температуры до 4°K становится сверхпроводимой, почти полностью теряя удельное сопротивление.

У полупроводников зависимость будет представлена так:

Когда металл переходит в жидкое агрегатное состояние, его ρ повышается, а дальнейшее изменение свойств может быть разным. Так, висмут в расплавленном виде имеет более низкое удельное сопротивление, чем при комнатной температуре, а у жидкой меди оно повышается в десять раз. Никелю свойственно выходить из линейного графика уже при достижении температуры +400 °C, но далее ρ падает.

Температурная зависимость вольфрама так высока, что приводит к перегоранию ламп накаливания: ток нагревает спираль, из-за чего ее сопротивление многократно возрастает.

Удельное сопротивление сплавов зависит от задействованной при производстве технологии. Данное свойство простой механической смеси определяется как средний показатель ее компонентов. Тогда как для сплава замещения оно окажется иным и обычно отличается в большую сторону.

Рекомендуем статьи

• Сплав железа и меди: область применения
• Углерод в металле и его влияние на свойства материала
• Легированные конструкционные стали: характеристики и применение

Стоит пояснить, что под сплавом замещения понимают такой, в котором несколько элементов формируют одну кристаллическую решетку. Данная особенность прослеживается у нихрома, используемого для изготовления спиралей электроплит. Удельное сопротивление, а значит, и электропроводность этого металла совпадает с показателем проводников, а при подключении к сети он нагревается до красноты.

Выше были представлены только основные теории, касающиеся физических свойств металлов, а именно электропроводности, сопротивления. Например, не была затронута квантовая теория проводимости Зоммерфельда. Этого краткого знакомства вполне достаточно, чтобы понять, что сопротивление является сложным и комплексным понятием, которое невозможно полностью разобрать на основе простейшего закона Ома.

Медь и ее сплавы — свойства и применение

Медь и ее сплавы — характеристики, свойства и применение

Медь (Cu) от латинского Cuprum — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой с желтовато-красным оттенком. Медь металл с повышенной тепло- и электропроводностью, второе место по электропроводности среди металлов после серебра. Удельная электропроводность при 20°C: 55,5-58 МСм/м. Металл с относительно большим температурным коэффициентом сопротивления: 0,4% / °С. Медь относится к металлам диамагнетикам. Получают из медных руд и минералов, методом пирометаллургии, гидрометаллургии и электролиза. Медь имеет низкий коэффициент трения и применяется в парах скольжения.

Химические свойства меди

Медь является сравнительно малоактивным металлом. В нормальных условиях на сухом воздухе её окисления не происходит. Она легко реагирует с галогенами, селеном и серой. Кислоты без окислительных свойств не оказывают воздействия на медь. С водородом, углеродом и азотом химических реакций нет. На влажном воздухе происходит окисление с образованием карбоната меди (II) – верхнего слоя платины.

Медь обладает амфотерностью, то есть в земной коре образует катионы и анионы. В зависимости от условий, соединения меди проявляют кислотные или основные свойства.

Химический состав катодной меди (ГОСТ 859-2014)

Химический элемент		Массовая доля элемента для марок
		М00к	М0к	М1к
Медь, не менее		—	99,97	99,95
Примеси по группам, не более:
1	Висмут	0,00020	0,0005	0,001
	Селен	0,00020	—	—
	Теллур	0,00020	—	—
	Сумма 1-й группы	0,00030	—	—
	Хром	—	—	—
	Марганец	—	—	—
	Сурьма	0,0004	0,001	0,002
	Кадмий	—	—	—
	Мышьяк	0,0005	0,001	0,002
	Фосфор	—	0,001	0,002
	Сумма 2-й группы	0,0015	—	—
3	Свинец	0,0005	0,001	0,003
4	Сера	0,0015	0,002	0,004
5	Олово	—	0,001	0,002
	Никель	—	0,001	0,002
	Железо	0,0010	0,001	0,003
	Кремний	—	—	—
	Цинк	—	0,001	0,003
	Кобальт	—	—	—
	Сумма 5-й группы	0,0020	—	—
6	Серебро	0,0020	0,002	0,003
Сумма перечисленных примесей		0,0065	—	—
Кислород, не более		—	0,015	0,02

Физические свойства меди

На воздухе медь приобретает яркий желтовато-красный оттенок за счёт образования оксидной плёнки. Тонкие же пластинки при просвечивании зеленовато-голубого цвета. В чистом виде медь достаточно мягкая, тягучая и легко прокатывается, и вытягивается. Примеси способны повысить её твёрдость.

Высокую электропроводность меди можно назвать главным свойством, определяющим её преимущественное использование. Также медь обладает очень высокой теплопроводностью. Такие примеси как железо, фосфор, олово, сурьма и мышьяк влияют на базовые свойства и уменьшают электропроводность и теплопроводность. По данным показателям медь уступает лишь серебру.

Медь обладает высокими значениями плотности, температуры плавления и температуры кипения. Важным свойством также является хорошая стойкость по отношению к коррозии. К примеру, при высокой влажности железо окисляется значительно быстрее.

Медь хорошо поддаётся обработке: прокатывается в лист и пруток, протягивается в проволоку с толщиной, доведённой до тысячных долей миллиметра. Этот металл является диамагнетиком, то есть намагничивается против направления внешнего магнитного поля.

На нашем сайте, в каталоге медного проката, вы можете ознакомится и приобрести следующие виды продукции из меди:

• Медный анод
• Медный пруток
• Медная лента
• Медный лист
• Медная проволока
• Медная труба
• Медные фитинги
• Медная шина
• Медно-никелевая труба
• Медная труба для кондиционеров

Применение меди

Двухфазные сплавы с повышенной прочностью, однофазные пластичны. Медно-никелевые трубы используются в судостроении, трубки конденсаторов отработавшего пара турбин, охлаждаемых забортной водой, и областях с воздействием морской воды. Медь компонент твёрдых припоев, сплавов с температурой плавления 590-880°С, с повышенной адгезией к большинству металлов.

Медный анод используются как сырье, необходимого для образования защитного слоя меди на металлических поверхностях. Аноды изготавливаются из меди марок М1 или АМФ в составе фосфор — легирующая добавка для растворения анодов при электролизе.  Если в конце обозначения марки стоит буква «у», то это значит, что изготовленные из нее аноды характеризуются очень высоким качеством. Медно-фосфористые аноды, в составе которых железо, свинец и сера. В электролите образуется меньшее количество шлама, а значит, покрытие изделия будет прочным, надежным и долговечным.

Имея повышенную проводимость электричества, медная проволока получила распространение в электроэнергетике. Популярностью пользуется диаметр до 8 мм, из нее изготавливают проводники, провода, шнуры и кабели. Медный сортовой прокат применяется в электротехнике, криогенном оборудовании, трансформаторных подстанциях, используют как обмотку двигателей.

Медные шины применяются для монтажных магистральных шинопроводов. В низковольтном оборудовании электротехнические медные шины применяют для состыковки с электрическими цепями. В высоковольтном оборудовании используются в областях, требующих наличие малого реактивного и активного цепного сопротивления. Шины из бескислородной меди используются для космического и вакуумного оборудования. В основе распределительных устройств, линейных ускорителей, сверхпроводников и электронных приборов. Популярны и незаменимы в области микроэлектроники, в атомной энергетике.

В архитектуре для кровли фасадов применяется медная лента, из-за авто затухания процесса коррозии срок службы составляет 100-150 лет. В России используют медный лист для кровель и фасадов нормируется федеральным Сводом Правил СП 31-116-2006.

Также медь используется для бытовых и промышленных систем кондиционирования. Трубки для кондиционеров способны выдерживать повышенное давление без деформации и при этом оставаться гибкими. Медные трубы отожженного типа выпускаются метражом 15-50 метров, и имеют прочностью 210-220 тыс. кПа, разрывное удлинение 50-60%. Не отожженные трубы поставляются прутками, прочность 280-300 тыс. кПа, разрывное удлинение 10-15%. Диаметр выбирается исходя из мощности устройства, чем больше — тем выше уровень хладагента.

Повышенная механическая прочность бесшовных медных труб круглого сечения применяется для транспортировки жидкостей и газов: во внутренних системах водоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования и холодильных агрегатах. В таких странах как Франция, Великобритания и Австралия медные трубы используются для газоснабжения, а в Великобритании, США, Швеции и Гонконге для водоснабжения. В России производство водо-газопроводных труб из меди нормируется национальным стандартом ГОСТ Р 52318-2005, а применение в этом качестве федеральным Сводом Правил СП 40-108-2004.

При установке водопроводных систем как крепеж используются медные фитинги. Они применяются на местах стыков труб, при разветвлениях или на поворотах. Фитинг часто исполняет роль переходника от одного материала к другому. Лучше использовать детали фитинга из аналогового материала. Если используется медный трубопровод, то фитинг нужен из такого же материала или латуни, который совместим с медью. Фитинг соединяет трубы без сварки или нарезания резьбы, что сокращает время на установки трубопровода, а также повышает качество, надёжность и сроки эксплуатации.

В производстве деталей для приборостроения, автомобильной и машиностроительной промышленности используются медные прутки. Также они применяются при изготовлении украшений, домашней утвари, предметов интерьера. В электротехнике используется для изготовления токопроводящих конструкций, проводников, деталей корпуса, заземляющих и токоотводящих конструкций. Из медного прутка изготовляют: втулки, гвозди, заклепки, гайки, болты, шайбы, клапаны, шестерни, валы и т.д.

  Назад в блог статей

Медь и железо – в чем разница

Медь и железо – два древнейших известных металла. Оба использовались на протяжении всей истории для различных целей, от инструментов до украшений. Но как они сравниваются? В этой статье будут рассмотрены различия между медью и железом, включая их свойства, использование и преимущества.

Свойства меди по сравнению с железом

Медь — это мягкий металл, обладающий высокой ковкостью и пластичностью. Он обладает отличной электро- и теплопроводностью, что делает его идеальным материалом для проводки и электрических компонентов. Он также устойчив к коррозии в большинстве сред, что делает его идеальным для использования в сантехнике или элементах наружной отделки. Его красновато-оранжевый оттенок также придает ему эстетическую привлекательность.

Железо намного тверже меди и менее пластично. Он также имеет хорошую электропроводность, но лучше, чем теплопроводность меди: железо легко ржавеет при воздействии влаги, поэтому его необходимо покрывать или обрабатывать для предотвращения коррозии. Железо имеет серебристо-серый цвет, что придает ему гладкий вид при полировке или окраске.

Использование меди в сравнении с железом

Медь часто используется в электропроводке из-за ее высокой электропроводности и пластичности, что позволяет изгибать ее в различные формы без разрушения или растрескивания. Также он обладает отличной термостойкостью, поэтому его можно использовать в системах отопления и радиаторах без риска перегрева или расплавления материала. Его можно использовать в сантехнике из-за его коррозионной стойкости, а также в украшениях, таких как ювелирные изделия, из-за его привлекательной окраски.

Железо обычно используется в строительстве, потому что оно достаточно прочное, чтобы поддерживать большие конструкции, и в то же время недорогое по сравнению с другими материалами, такими как сталь или алюминий. Его прочность также делает его идеальным материалом для таких инструментов, как молотки или гаечные ключи, поскольку он не ломается легко под нагрузкой или напряжением, как это могут сделать более мягкие металлы, такие как медь. Кроме того, его способность удерживать край означает, что железные лезвия часто предпочтительнее лезвий из более мягких металлов, таких как бронза или латунь, для таких задач, как нарезка овощей или резьба по дереву.

Цена меди и железа

При выборе металла для строительства медь и железо являются двумя наиболее распространенными материалами. Хотя оба металла имеют множество применений, важным фактором, который следует учитывать, является стоимость. Медь, как правило, стоит дороже, чем железо, поэтому проекты, требующие больших порций металла, вероятно, будут дороже, если они будут выполнены с использованием меди. Тем не менее, некоторые предприятия по благоустройству дома и промышленные предприятия могут счесть более экономичным в долгосрочной перспективе использование меди вместо железа из-за ее превосходной долговечности и устойчивости к коррозии. Таким образом, стоимость должна быть тщательно сбалансирована с долгосрочными экономическими перспективами при выборе между этими двумя популярными металлами.

Проводимость меди и железа

Медь и железо — это два металла, которые, хотя и способны проводить электрический ток, сильно различаются по скорости и силе проводимости. Медь известна своей превосходной электропроводностью по сравнению с железом, что означает, что электрический ток проходит через нее с большей легкостью. По этой причине медь часто используется в производственных линиях, где требуется более высокая передача тока, например, в промышленных целях, таких как автомобильное производство и компьютерные схемы. Подтверждающие расчеты также показали, что медь имеет более стабильный отклик в диапазоне частот, чем железо. Тем не менее, доступность железа компенсирует его более низкую производительность в определенных ситуациях; Он гораздо более долговечен и устойчив к коррозии, чем медь, что делает его идеальным для электрической инфраструктуры, требующей более длительного срока службы, такой как электрические сети и силовые кабельные системы.

Вес меди и железа

Медь и железо являются двумя наиболее распространенными и универсальными металлами, используемыми в различных отраслях промышленности. Хотя оба металла имеют широкий спектр применения, есть одно существенное отличие, которое отличает их друг от друга — вес. Медь значительно легче железа, и с ней легче работать. Это делает его идеальным для использования в изделиях, которые должны быть легкими, но при этом сохранять прочность, например, трубы или провода. С другой стороны, железо имеет гораздо больший вес, поэтому оно отлично подходит для обеспечения надежной поддержки или устойчивости, например, в мостах или крупных строительных проектах. Независимо от того, ищете ли вы что-то, чтобы быстро выполнить работу, или вам нужно что-то, что может выдержать большую нагрузку, вес меди по сравнению с железом, безусловно, играет важную роль в принятии вашего решения.

Лучший проводник электричества

Одним из основных преимуществ меди перед железом является то, что она лучше проводит электричество. Это означает, что медь можно более эффективно использовать в электрических приложениях, таких как проводка и электрические компоненты. Кроме того, медь менее подвержена коррозии, чем железо, что делает ее более долговечной.

Более гибкий, чем железо

Еще одно преимущество меди перед железом заключается в том, что она более гибкая. Его можно использовать в приложениях, где важна гибкость, например, в сантехнике и трубопроводах. Кроме того, медь с меньшей вероятностью сломается или треснет, чем железо, что делает ее более долговечной.

Более низкая температура плавления, чем у железа

Медь также имеет более низкую температуру плавления, чем железо, что означает, что ее можно использовать там, где желательна более низкая температура плавления. Например, из меди можно производить полупроводники и другие электронные устройства. Кроме того, более низкая температура плавления меди облегчает работу с ней, чем с железом.

Более устойчивы к коррозии, чем железо

Медь также более устойчива к коррозии, чем железо, что означает, что она не так легко ржавеет или подвергается коррозии. Это делает его идеальным материалом для применений, где важна коррозионная стойкость, например, в морской среде. Кроме того, коррозионная стойкость меди облегчает ее переработку по сравнению с железом.

Более высокая теплопроводность, чем у железа

Наконец, медь имеет более высокую теплопроводность, чем железо, что означает, что ее можно более эффективно использовать в приложениях, где важна теплопередача. Например, медь можно использовать в теплообменниках и радиаторах.

Заключение:

При рассмотрении вопроса о том, следует ли использовать для вашего проекта медь или железо, необходимо учитывать несколько факторов: стоимость, прочность, твердость, ковкость и т. д. В конечном счете оба материала имеют свои сильные и слабые стороны; то, что работает лучше всего, будет зависеть от приложения, для которого вы их используете! Например, если вам нужно что-то, что может выдерживать высокие температуры, то лучшим выбором будет медь, тогда как железо лучше подойдет для поставленной задачи, если важнее прочность. У каждого металла есть свой уникальный набор плюсов и минусов; понимание этого поможет вам сделать правильный выбор при выборе между медью и железом!

Абхишек Модак

Абхишек — опытный блогер и отраслевой эксперт, который делится своими взглядами и знаниями по различным темам. Своими исследованиями Абхишек предлагает ценные идеи и советы профессионалам и энтузиастам. Подпишитесь на него, чтобы получить экспертные советы о последних тенденциях и разработках в металлургической промышленности.

Проводит ли железо электричество? 9 фактов (почему, как и где использовать) —

Автор: АКШИТА МАПАРИ

Железо представляет собой металл со значительно меньшим сопротивлением, что делает его хорошим проводником. В этой статье мы поговорим о том, может ли железо проводить электричество или нет.

Железо может проводить электричество, потому что оно имеет восемь валентных электронов, которые могут перемещаться/мигрировать, чтобы проводить поток электричества. Валентная электронная конфигурация железа: 4s ² 3d ​​ ⁶ . Электропроводность металлического железа высока из-за этих восьми электронов.

Электрический поток внутри железа равен нулю, что создает электрическое поле, окружающее его область. Давайте обсудим проводимость железа, почему его не используют в электрических проводах и различные свойства, которые делают его хорошим проводником электричества и тепла.

Почему железо проводит электричество?

Свободные заряды/электроны должны быть доступны для того, чтобы вещество могло проводить электричество. Давайте посмотрим, почему железо может проводить электричество.

Железо проводит электричество, потому что свободные электроны проводят электрический ток по его поверхности. Эти свободные электроны накапливаются на поверхности железа при смещении/возбуждении от атомов после получения достаточной энергии, необходимой для возбуждения на более высоких энергетических уровнях.

Как рассчитать электропроводность железа?

Электропроводность – это свойство вещества, определяющее общий электрический поток, протекающий через вещество. Давайте посмотрим, как рассчитать электропроводность железа.

Электропроводность железа (σ) рассчитывается по формуле σ = 1/ρ; здесь ρ — удельное сопротивление. Удельное сопротивление — это свойство вещества сопротивляться протеканию через него тока/электрического потока; таким образом, проводимость меньше для материала с высоким удельным сопротивлением.

Формула, определяющая удельное сопротивление материала, записывается в виде ρ = (RA)/L, где R — сопротивление вещества, A — его площадь, L — длина проводника, через который проходят силовые линии электрического тока. параллельно по длине.

Используя эту формулу, мы можем записать выражение для электропроводности как σ = L/(RA). Из этой формулы мы можем утверждать, что проводимость материала прямо пропорциональна его длине и обратно пропорциональна его сопротивлению и площади поперечного сечения.

Свойства железа

Ядро Земли в основном состоит из железа, более плотного элемента. Теперь мы кратко перечислим некоторые свойства железа, которые необходимо учитывать в нашем обсуждении.

• Железо является мягким металлом и образует жесткую структуру за счет добавления примесей.
• Железо ферромагнитно, а выше температуры Кюри становится парамагнетиком.
• Железо имеет ОЦК структуру с атомным номером 26.
• Плотность железа 7,87 г/см ³ .
• Температура плавления и кипения железа составляет 1538 ⁰ C и 2861 ⁰ C соответственно.

Использование железа в качестве электрического проводника

Железо является хорошим проводником тепла и электричества и может использоваться в электронных устройствах и оборудовании. Приведем несколько примеров использования железа в качестве электрического проводника.

• Чугунная и стальная посуда предназначена для приготовления пищи в духовке.
• Утюг, используемый для глажки одежды, достигается путем нагревания утюга с помощью пропускания электричества.
• Выпрямитель для волос имеет две керамические пластины из железа.
• Металл на основе железа, такой как алюминий и сталь, используется в корпусах электронных устройств.

Является ли железо хорошим проводником электричества?

Железо как металл обладает хорошими свойствами проводника. Но нам нужно определить, является ли он хорошим проводником электричества или нет.

Железо — хороший, но не лучший проводник электричества, потому что оно обладает магнитным моментом, который заставляет электроны вращаться относительно друг друга, уменьшая поток и подвижность заряда. Уменьшение скорости зарядов снижает скорость потока электрического тока и, следовательно, проводимость железа.

Изменяется ли проводимость железа в зависимости от температуры?

Движение/подвижность частиц увеличивается с повышением температуры. Посмотрим, влияет ли температура на проводимость железа.

Проводимость железа уменьшается с повышением температуры, потому что сопротивление материала всегда увеличивается с температурой и не позволяет зарядам проходить через проводник по мере увеличения тепловой скорости зарядов.

Свободные электроны становятся более подвижными благодаря полученной тепловой энергии, двигаясь хаотично, блокируя путь тока/электрического потока через проводник. Поскольку проводимость обратно пропорциональна удельному сопротивлению, проводимость железа уменьшается с повышением температуры/тепловой энергии.

Каково сопротивление железной проволоки?

Сопротивление – это способность материи сопротивляться потоку зарядов/токов через нее. Давайте теперь подумаем о сопротивлении железной проволоки.

Сопротивление железной проволоки равно R = ρL/A, где R — сопротивление, ρ — удельное сопротивление железа, равное 1 × 10 ^-7 Ом, L — длина провода, А — площадь поперечного сечения провода. Оно прямо пропорционально удельному сопротивлению железа и длине провода.

Сопротивление железной проволоки обратно пропорционально площади ее поперечного сечения, поскольку плотность электрического потока уменьшается с увеличением площади поперечного сечения. Сопротивление провода прямо пропорционально температуре и может быть уменьшено понижением температуры провода.

Почему железо хуже проводит электричество, чем медь?

В электрических проводах широко используется медь, но не железо. Давайте обсудим, почему железо не обладает такими хорошими проводящими свойствами, как медь.

Железо является плохим проводником электричества, чем медь, потому что оно ферромагнитно, а это означает, что у него есть магнитные моменты, которые препятствуют потоку зарядов, в то время как медь парамагнитна. Валентные электроны меди легко отдаются и текут по всей длине проводника, но это не относится к Fe.

Почему железо хорошо проводит тепло?

Хорошие проводники пропускают тепловую энергию по площади поперечного сечения. Давайте обсудим, что делает железо хорошим проводником тепла.

Железо является хорошим проводником тепла, поскольку свободные электроны железа могут переносить и передавать тепловую энергию, полученную из окружающей среды, от одной точки материи к другой.