Оцинкованная сталь проводит электричество? 7 фактов, которые вы должны знать —
By Индрани Банерджи
Любой биполярный метод 2-AC или метод электромагнитной индукции можно использовать для проверки проводимости. Проверим электропроводность оцинкованной стали.
Оцинкованная сталь имеет высокую проводимость. Хотя это занимает много времени, оцинкованная сталь быстро подвергается коррозии. Этот вид углеродистая сталь имеет тонкое цинковое покрытие или гальваническая коррозия. Обеспечивая барьер, цинк обеспечивает улучшенную катодную защиту, блокируя приток кислорода и воды к стали.
Ток, протекающий через раствор между двумя электродами, измеряется биполярным методом. Мы также поговорим о том, является ли оцинкованная сталь хорошим проводником электричества, как она проводит электричество и какова ее электропроводность.
Как оцинкованная сталь проводит электричество?
Металл защищен от коррозии при цинковании с использованием цинка. Рассмотрим электропроводность оцинкованной стали.
Металлическая природа оцинкованной стали позволяет электронам быть свободными и непривязанными к какому-либо конкретному атому или молекуле. Оцинкованная сталь представляет собой сплав, состоящий из свободных электронов. Активность электронов проводимости — это то, что перемещает электричество.
В процессе гальванизации на металл наносится цинковое покрытие, чтобы предотвратить ржавчину. гальванизация продлевает срок службы металла за счет уменьшения коррозии на поверхности металла.
Электропроводность оцинкованной сталиСовременные здания со стальным каркасом часто включают в себя сталь, особенно оцинкованную сталь. Давайте проверим электропроводность оцинкованной стали.
Электропроводность оцинкованной стали можно определить как электродвижущая сила или теплый воздух может проходить через различные материалы из оцинкованной стали.
Кредит изображения — Сумгаитский Технологический Парк – горячее цинкование by Виртуозный (CC-BY-SA-4.
0)Нет проблем с проводимостью между оцинкованной сталью и нержавеющей сталью или алюминием в условиях низкой и умеренной влажности. Такие конструкции, как лестницы, балконы, лестницы и многое другое, изготовлены из оцинкованной стали.
Является ли оцинкованная сталь хорошим проводником электричества?Подача электрического тока — это часть или компонент, через который проходит электрический ток. Давайте попробуем, является ли оцинкованная сталь хорошим проводником электричества.
Отличным проводником электричества является оцинкованная сталь. Железо является составной частью стали. Бесспорно входит в число лучших электрические проводники. Этот металл является жестким и сильно подвержен коррозии при воздействии окружающей среды.
Когда подается напряжение, электроны или ионы часто быстро перемещаются от атома к атому благодаря использованию проводников, передающих заряд. Свободные заряды отходят от проводника только на его поверхности.
Оцинкованная проволока бывает разных размеров и диаметров, весом от 100 фунтов до более чем 14000 фунтов. Проверим, является ли оцинкованная проволока токопроводящей.
Электрический ток может протекать по оцинкованной проволоке. В качестве сердечника алюминиевого проводника можно использовать одиночные или стандартные стальные проволоки с цинковым покрытием класса А, В или С для коррозионной стойкости. Это делает его идеальным для строительства очень больших пролетов, путепроводов над реками и других подобных целей.
Стальная проволока, помещенная в расплавленный цинк для покрытия внешней поверхности слоем цинка, называется оцинкованной стальной проволокой. Цинковое покрытие помогает блокировать и ржаветь в местах с большим количеством влаги, а также придает проводу высокий блестящий вид.
Оцинкованная сталь проводит тепло?Гальваническое покрытие обладает в 10 раз большей стойкостью к истиранию, чем покрытие органической краской.
Выясним, проводит ли оцинкованная сталь тепло.
Чрезвычайная морозо- и жаростойкость – свойство гальванических покрытий. Согласно исследованиям по этому вопросу, сталь, оцинкованная горячим способом, по-разному реагирует на условия низкой температуры.
Процедура горячего погружения является исключительной, поскольку в результате получается покрытие, которое металлургически прикрепляется к стали. Из-за повышенной устойчивости к растрескиванию во время обработки, хранения, транспортировки и монтажа оцинкованная сталь является очень хорошим выбором.
Оцинкованная сталь лучше нержавеющей?Рекомендуется выбирать нержавеющую сталь, когда срок службы объекта жизненно важен, потому что она имеет больший срок службы, чем сталь. Давайте проверим оцинкованную и нержавеющую сталь, чтобы увидеть, какая из них лучше.
Оцинкованная сталь никогда не прочнее нержавеющей стали, если сравнивать ее по толщине и форме. Изучение каждого материала предел прочности это полезная техника для этого.
сопротивление прочности вещества на разрыв при растяжении называется пределом прочности при растяжении.
С помощью этого эссе мы можем сделать вывод, что оцинкованная сталь является электропроводной. Из-за своей повышенной долговечности и сочетания прочности стали и способности к формованию с защитой от коррозии цинковым железным покрытием оцинкованная сталь является одной из наиболее широко используемых разновидностей стали.
Нержавеющая сталь — виды, свойства, характеристики
Нержавеющая сталь — это сплав железа, устойчивый к ржавлению и коррозии. Она содержит не менее 11% хрома и может содержать такие элементы, как углерод, другие неметаллы и металлы для получения других желаемых свойств. Устойчивость нержавеющей стали к коррозии обусловлена наличием хрома, который образует пассивную пленку, способную защищать материал и самовосстанавливаться в присутствии кислорода.
Такие свойства сплава, как блеск и устойчивость к коррозии, полезны во многих областях применения.
Нержавеющую сталь можно прокатывать в листы, плиты, прутки, проволоку и трубы. Они могут использоваться в посуде, столовых приборах, хирургических инструментах, крупной бытовой технике, транспортных средствах, строительных материалах в больших зданиях, промышленном оборудовании (например, на бумажных производствах, химических заводах, водоочистке), а также в резервуарах и цистернах для хранения химических веществ и пищевых продуктов.
По биологической чистоте нержавеющая сталь превосходит алюминий и медь и сравнима со стеклом. Ее чистота, прочность и коррозионная стойкость побудили использовать нержавеющую сталь на фармацевтических и пищевых предприятиях.
Возможности обработки нержавеющей стали довольно широки от лазерной резки, гравировки, эстетической обработки до механической обработки — фрезеровки, токарной обработки.
Свойства нержавеющий стали
Электропроводность
Как и сталь, нержавеющие стали являются относительно плохими проводниками электричества, их электропроводность значительно ниже, чем у меди.
В частности, электрическое контактное сопротивление нержавеющей стали возникает из-за плотного защитного оксидного слоя и ограничивает ее функциональность в качестве электрических соединителей. Медные сплавы и соединители с никелевым покрытием имеют более низкие значения проводимости и являются предпочтительными материалами для таких применений. Тем не менее, детали и изделия из нержавеющей стали используются в ситуациях, когда проводимость является более низким критерием проектирования и требуется коррозионная стойкость, например, при высоких температурах и в окислительных средах.
Температура плавления
Как и для всех других сплавов, температура плавления нержавеющей стали выражается в виде диапазона температур, а не одной температуры. Этот диапазон температур составляет от 1 400 до 1 530 °C в зависимости от конкретной консистенции сплава.
Магнетизм
Мартенситная, дуплексная и ферритная нержавеющая сталь магнитна, в то время как аустенитная нержавеющая сталь обычно немагнитна.
Ферритная сталь обязана своим магнетизмом кубоцентрированной кубической кристаллической структуре, в которой атомы железа расположены в виде кубов (с одним атомом железа в каждом углу) и дополнительным атомом железа в центре. Этот центральный атом железа отвечает за магнитные свойства ферритной стали. Такое расположение также ограничивает количество углерода, которое сталь может поглотить, примерно до 0,025%. Стали с низким коэрцитивным полем были разработаны для электроклапанов, используемых в бытовой технике, и для систем впрыска в двигателях внутреннего сгорания. Некоторые области применения требуют немагнитных материалов, например, магнитно-резонансная томография. Аустенитные нержавеющие стали, которые обычно немагнитны, можно сделать слегка магнитными путем закалки. Иногда, если аустенитную сталь согнуть или разрезать, вдоль края нержавеющей стали возникает магнетизм, потому что кристаллическая структура перестраивается.
Коррозия
Добавление азота также повышает устойчивость к точечной коррозии и увеличивает механическую прочность.
Таким образом, существует множество марок нержавеющей стали с различным содержанием хрома и молибдена в зависимости от условий, которые должен выдерживать сплав. Коррозионная стойкость может быть повышена следующими способами:
- увеличение содержания хрома до более чем 11%
- добавление никеля до уровня не менее 8%
- добавление молибдена (который также улучшает устойчивость к точечной коррозии).
Износ
Галтовка, иногда называемая холодной сваркой, является формой сильного адгезионного износа, который может возникнуть, когда две металлические поверхности находятся в относительном движении друг к другу и под сильным давлением. Крепежные детали из аустенитной нержавеющей стали особенно подвержены галтовке резьбы, хотя другие сплавы, самогенерирующие защитную оксидную поверхностную пленку, такие как алюминий и титан, также подвержены этому явлению. При скольжении с большой контактной силой этот оксид может деформироваться, разрушаться и удаляться с частей детали, обнажая голый реактивный металл.
Если две поверхности выполнены из одного и того же материала, эти открытые поверхности могут легко сплавиться. Разделение двух поверхностей может привести к разрыву поверхности и даже полному захвату металлических компонентов или крепежных деталей.
Смягчить галтовку можно путем использования разнородных материалов (бронза против нержавеющей стали) или использования различных нержавеющих сталей (мартенситная против аустенитной). Кроме того, резьбовые соединения можно смазывать, чтобы создать пленку между двумя частями и предотвратить заедание. Нитрон 60, полученный путем селективного легирования марганцем, кремнием и азотом, продемонстрировал пониженную склонность к образованию желчи.
Виды нержавеющей стали
Аустенитная сталь
Аустенитная нержавеющая сталь составляет около 60% всего производства нержавеющей стали. Она обладают аустенитной микроструктурой, которая представляет собой гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру. Такая микроструктура достигается путем легирования стали достаточным количеством никеля и/или марганца и азота для сохранения аустенитной микроструктуры при любых температурах, начиная от криогенной области и заканчивая температурой плавления.
Таким образом, аустенитные нержавеющие стали не упрочняются термической обработкой, поскольку обладают одинаковой микроструктурой при любых температурах.
Подгруппы аустенитных нержавеющих сталей
200 серия — это хромо-марганцево-никелевые сплавы, в которых максимально используется марганец и азот при минимизации использования никеля. Благодаря добавлению азота они обладают примерно на 50% более высоким пределом текучести, чем нержавеющие листы стали серии 300.
- Тип 201 поддается закалке путем холодной обработки.
- Тип 202 — нержавеющая сталь общего назначения. Уменьшение содержания никеля и увеличение марганца приводит к слабой коррозионной стойкости.
Серия 300 — это хромоникелевые сплавы, которые достигают своей аустенитной микроструктуры почти исключительно за счет легирования никелем. Некоторые очень высоколегированные марки включают азот для снижения требований к никелю. Серия 300 является самой большой группой и наиболее широко используется.
- Тип 304: Самым известным является тип 304, также известный как 18/8 и 18/10, поскольку в его состав входят 18% хрома и 8% или 10% никеля соответственно.
- Тип 316: Второй по распространенности аустенитной нержавеющей сталью является тип 316. Добавление 2% молибдена обеспечивает большую устойчивость к кислотам и локальной коррозии, вызванной хлорид-ионами. Низкоуглеродистые версии, такие как 316L или 304L, имеют содержание углерода менее 0,03% и используются для того, чтобы избежать проблем с коррозией, вызванной сваркой.
Ферритная нержавеющая сталь
Ферритные нержавеющие стали имеют ферритную микроструктуру, подобно углеродистой стали, которая представляет собой телоцентрированную кубическую кристаллическую структуру, и содержат от 10,5% до 27% хрома при очень малом количестве никеля или его отсутствии. Эта микроструктура присутствует при всех температурах из-за добавки хрома, поэтому они не упрочняются термической обработкой. Они не могут быть упрочнены холодной обработкой в той же степени, что и аустенитные нержавеющие стали.
- Автомобильные выхлопные трубы (Тип 409 и 409 Cb используются в Северной Америке, стабилизированные марки Тип 439 и 441 используются в России и Европе)
- Архитектурные и структурные элементы (тип 430, который содержит 17% Cr)
- Строительные компоненты, такие как шиферные крюки, кровельные покрытия и дымовые каналы
- Силовые пластины в твердооксидных топливных элементах, работающих при температуре около 700 °C (высокохромистые ферриты, содержащие 22% Cr).
Мартенситная нержавеющая сталь
Мартенситные нержавеющие стали имеют телоцентрированную кубическую кристаллическую структуру, обладают широким спектром свойств и используются в качестве нержавеющих инженерных сталей, нержавеющих инструментальных сталей и сталей, устойчивых к ползучести.
Они магнитные и не такие коррозионностойкие, как ферритные и аустенитные нержавеющие стали из-за низкого содержания хрома. Они делятся на четыре категории (с некоторым дублированием):
- Fe-Cr-C. Это были первые марки, которые использовались и до сих пор широко применяются в машиностроении и износостойких областях.
- Марки Fe-Cr-Ni-C. Часть углерода заменена никелем. Они обладают повышенной вязкостью и коррозионной стойкостью.
- Марка EN 1.4303 (марка отливки CA6NM) с 13% Cr и 4% Ni используется для большинства турбин Пелтона, Каплана и Френсиса на гидроэлектростанциях, поскольку она обладает хорошими литейными свойствами, хорошей свариваемостью и устойчивостью к кавитационной эрозии.
- Марки с осадительной закалкой. Марка EN 1.4542 (также известная как 17-4 PH), самая известная марка, сочетает мартенситную закалку и закалку осадком. Она достигает высокой прочности и хорошей вязкости и используется в аэрокосмической промышленности, а также в других областях.
- Марки с сопротивлением ползучести. Небольшие добавки ниобия, ванадия, бора и кобальта повышают прочность и сопротивление ползучести примерно до 650 °C.
Мартенситные нержавеющие стали можно подвергать термической обработке для улучшения механических свойств. Термообработка обычно включает три этапа:
- Аустенитизация, при которой сталь нагревается до температуры в диапазоне 980-1 050 °C в зависимости от марки. Образующийся аустенит имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру.
- Закалка. Аустенит превращается в мартенсит — твердую телоцентрированную тетрагональную кристаллическую структуру. Закаленный мартенсит очень твердый и слишком хрупкий для большинства применений. Может сохраняться некоторое количество остаточного аустенита.
- Отпуск. Мартенсит нагревают до температуры около 500 °C (930 °F), выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают воздухом. Более высокие температуры отпуска снижают предел текучести и предел прочности при растяжении, но увеличивают удлинение и сопротивление удару.
Замена части углерода в мартенситных нержавеющих сталях азотом — недавняя разработка. Ограниченная растворимость азота повышается в процессе электрошлакового рафинирования под давлением (PESR), при котором плавка проводится под высоким давлением азота. Была достигнута сталь, содержащая до 0,4% азота, что приводит к повышению твердости и прочности, а также коррозионной стойкости. Поскольку процесс PESR является дорогостоящим, более низкое, но значительное содержание азота было достигнуто с помощью стандартного процесса AOD.
Дуплексная нержавеющая сталь
Дуплексные нержавеющие стали имеют смешанную микроструктуру аустенита и феррита, идеальным соотношением является смесь 50:50, хотя коммерческие сплавы могут иметь соотношение 40:60. Они характеризуются более высоким содержанием хрома (19-32%) и молибдена (до 5%) и более низким содержанием никеля, чем аустенитные нержавеющие стали.
Дуплексные нержавеющие стали имеют примерно в два раза больший предел текучести, чем аустенитные нержавеющие стали.
Их смешанная микроструктура обеспечивает повышенную устойчивость к коррозионному растрескиванию под действием хлоридов по сравнению с аустенитной нержавеющей сталью типов 304 и 316.
Дуплексные марки обычно делятся на три подгруппы в зависимости от их коррозионной стойкости: тощий дуплекс, стандартный дуплекс и супердуплекс. Свойства дуплексных нержавеющих сталей достигаются при более низком содержании сплава, чем у аналогичных супер-аустенитных марок, что делает их использование экономически эффективным для многих областей применения. Целлюлозно-бумажная промышленность была одной из первых, где широко использовалась дуплексная нержавеющая сталь. Сегодня крупнейшим потребителем является нефтегазовая промышленность, которая настаивает на использовании более коррозионностойких марок стали, что привело к разработке супердуплексных и гипердуплексных марок. Совсем недавно был разработан менее дорогой (и чуть менее коррозионностойкий) lean duplex, в основном для конструкционного применения в строительстве (арматура для бетона, плиты для мостов, береговые работы) и в водной промышленности.
Сталь с осадительной закалкой
Нержавеющие стали, закаленные осаждением, обладают коррозионной стойкостью, сравнимой с аустенитными сортами, но могут быть закалены осаждением до более высокой прочности, чем другие мартенситные сорта. Существует три типа нержавеющих сталей, закаленных осаждением:
- Мартенситная 17-4 PH содержит около 17% Cr, 4% Ni, 4% Cu и 0,3% Nb.
Обработка раствором при температуре около 1 040 °C с последующей закалкой приводит к образованию относительно вязкой мартенситной структуры. Последующее старение при температуре 475 °C приводит к осаждению фаз, богатых Nb и Cu, что повышает прочность до предела текучести свыше 1000 МПа. Этот выдающийся уровень прочности используется в высокотехнологичных областях, таких как аэрокосмическая промышленность (обычно после переплавки для удаления неметаллических включений, что увеличивает усталостную прочность). Еще одним важным преимуществом этой стали является то, что старение, в отличие от отпуска, осуществляется при температуре, которую можно применять к (почти) готовым деталям без искажения и изменения цвета.
- Полуаустенитная сталь 17-7 PH содержит около 17% Cr, 7,2% Ni и 1,2% Al. Типичная термическая обработка включает обработку раствором и закалку. На этом этапе структура остается аустенитной. Мартенситная трансформация затем достигается либо криогенной обработкой при -75 °C, либо сильной холодной обработкой (деформация более 70%, обычно холодной прокаткой или волочением). Старение при 510 °C, при котором осаждается интерметаллическая фаза Ni3Al, проводится, как указано выше, на почти готовых деталях. Затем достигается уровень напряжения текучести выше 1400 МПа.
- Аустенитная сталь A286 содержит около Cr 15%, Ni 25%, Ti 2,1%, Mo 1,2%, V 1,3% и B 0,005%. Структура остается аустенитной при всех температурах.
Типичная термическая обработка включает обработку раствором и закалку с последующим старением при 715 °C. В результате старения образуются преципитаты Ni3Ti, а предел текучести увеличивается до 650 МПа при комнатной температуре. В отличие от вышеуказанных марок, механические свойства и сопротивление ползучести этой стали остаются очень хорошими при температурах до 700 °C.
Устойчивость к коррозии
Нержавеющая сталь противостоит коррозии в соленой воде лучше, чем алюминиево-бронзовые или медно-никелевые сплавы.
В отличие от углеродистой стали, нержавеющая сталь не подвергается равномерной коррозии при воздействии влажной среды. Незащищенная углеродистая сталь легко ржавеет при воздействии комбинации воздуха и влаги. Образующийся при этом поверхностный слой оксида железа пористый и хрупкий. Кроме того, поскольку оксид железа занимает больший объем, чем исходная сталь, этот слой расширяется и имеет тенденцию отслаиваться и отпадать, подвергая нижележащую сталь дальнейшему воздействию. Для сравнения, нержавеющая сталь содержит достаточное количество хрома для пассивации, самопроизвольно образуя микроскопически тонкую инертную поверхностную пленку оксида хрома в результате реакции с кислородом воздуха и даже небольшим количеством растворенного кислорода в воде.
Устойчивость этой пленки к коррозии зависит от химического состава нержавеющей стали, главным образом от содержания хрома. Принято различать четыре формы коррозии: равномерную, локализованную (питтинг), гальваническую и коррозионное растрескивание под напряжением. Любая из этих форм коррозии может возникнуть, если марка нержавеющей стали не подходит для рабочей среды.
Свойства металлов: проводимость
В предыдущих частях нашей серии статей о свойствах металлов мы обсуждали характеристики, которые отличают металлы друг от друга, а также те, которые отличают их от других неметаллических элементов. Электропроводность представляет собой набор основных характеристик, которые лежат в основе того, что определяет металл.
В этой статье мы спросим: какие факторы влияют на проводимость металлов? Какие металлы являются наиболее тепло- и электропроводными, и почему проводимость важна для производителей?
Все материалы обладают некоторой степенью проводимости. Одной из основных характеристик металлов является их способность проводить тепло и электричество, поэтому все металлы обладают относительной проводимостью по сравнению с неметаллами. Однако даже в металлах вы найдете широкий диапазон уровней проводимости. Хорошее знание того, где в спектре находятся различные металлы, помогает производителям выбирать правильный сплав для каждого продукта.
Что такое определение проводимости?
Физика определяет пять различных типов проводимости: ионную, гидравлическую, акустическую, тепловую и электрическую. Большинство производителей в первую очередь заботятся о последних двух: электропроводности и теплопроводности.
Электропроводность — это мера того, насколько эффективно материал переносит единицу электрического потенциала (также известную как заряд).
Вы можете думать об этом как о том, насколько легко материал позволяет электрическому заряду проходить через него, не замедляя его. Пока этот заряд проходит через материал, мы можем наблюдать различные аспекты этого электрического действия и измерять их независимо. Это позволяет нам получить более полное представление о проводимости заготовки.
- Разница потенциальной энергии между двумя конкретными точками измеряется в вольтах (В)
- Фактическое количество энергии, переносимой за данный интервал времени, измеряется в кулонах (Кл)
- И насколько эффективно конкретный кусок материала (с массой, длиной и шириной) проводит электрический ток, измеряется в сименсах (S)
Теплопроводность , с другой стороны, является мерой скорости, с которой тепло передается через материал. Теплопроводность регулируется правилами второго закона термодинамики, а именно, что тепло будет течь от горячей точки к холодной до тех пор, пока разница температур между ними не сравняется.
Теплопроводность измеряется в Вт (Вт).
Между теплопроводностью и электропроводностью много общего, потому что атомарные строительные блоки, которые делают металлы такими особенными, являются теми же блоками, которые закладывают основу для их потрясающей проводимости.
Электропроводность и удельное сопротивление
Удельное сопротивление является обратной величиной проводимости, то есть это две стороны одной медали. Если ваш материал не проводит, значит, он сопротивляется. Если не сопротивляется, то проводит. Независимо от того, измеряете ли вы удельное сопротивление или проводимость, это вопрос приложения. Если вы строите изоляторы, вы измеряете удельное сопротивление. Если вы прессуете медную проволоку, вам нужно знать ее проводимость.
Понимание электропроводности на молекулярном уровне
Даже если вы давно не посещали уроки химии, вы, вероятно, помните два наиболее распространенных типа химических связей: ионную и ковалентную.
На самом деле существует более двух типов химических связей, и металлы имеют свой собственный способ сборки атомов. Определяющим свойством металлов является то, что некоторые из их электронов очень слабо связаны с ядром. Они известны как валентных электронов и занимают самую внешнюю орбиту атома.
Справа: схема молекулы алюминия с валентными электронами, выделенными красным цветом.
Когда атомы металла начинают сближаться, эти валентные электроны настолько слабо связаны со своим «домашним» атомом, что начинают свободно плавать и перемещаться по всему металлу. Они становятся так называемыми «делокализованными» электронами. И их так много, так много, что становится невозможно узнать, какие электроны принадлежат каким атомам. Результат примерно такой, как на рисунке ниже — обратите внимание, как электроны отделяются от своего родного ядра, плавая в том, что ученые называют «электронным морем»:
Что позволяет валентным электронам в металлах так легко отрываться? Когда валентные электроны возбуждаются, они могут перепрыгнуть с орбиты своего атома в зону свободного полета общей структуры металла.
На научном жаргоне мы говорим, что валентный электрон «превращается» в электрон проводимости. Это происходит очень легко в металлических элементах просто потому, что энергия, необходимая для продвижения атома, очень мала по сравнению с неметаллическими элементами. Термин для этого типа энергии называется энергией ионизации.
Теперь, когда электроны оторвались от своего родного атома, комбинация отрицательно заряженных делокализованных электронов и теперь положительно заряженных ядер создает электростатическую силу . И именно эта сила удерживает атомы вместе. Фактически электростатическая сила делает возможным металлическое соединение.
Итак, что происходит, когда мы посылаем заряд через металл? Делокализованные электроны становятся кинетическими и несут заряд с поразительной скоростью. А поскольку они могут путешествовать куда угодно, а их число исчисляется миллиардами или даже триллионами, недостатка в доступных электронах для передачи электрического сообщения нет.
Понимание теплопроводности на молекулярном уровне
Теплопроводность и электропроводность тесно связаны, но действуют по-разному. Чтобы помочь вам визуализировать эту разницу, представьте, что вы стоите, держа руку на одном конце 20-футового медного провода диаметром около дюйма. Ваш друг на другом конце посылает через него электрический ток (будем надеяться, что он небольшой). Поток достигает вас почти мгновенно. Во втором раунде этого эксперимента ваш друг нагревает проволоку. Даже если тепло значительное, у вас, вероятно, есть несколько секунд, прежде чем ваша сторона металла нагреется выше допустимого уровня. Несмотря на разницу в скорости, за обоими типами проводимости стоят делокализованные электроны.
Помните, что при электропроводности атомы движутся вверх и вниз по металлу с поразительной скоростью. Однако когда металл нагревается, валентные электроны не двигаются; они трясутся и вибрируют. И как только они начинают вибрировать с достаточной интенсивностью, они начинают сталкиваться с другими электронами вокруг себя, передавая часть своей тепловой энергии своим соседям.
Это приводит к более медленной передаче энергии по сравнению с электрической проводимостью.
Вам может быть интересно: теплопроводность и электропроводность в металлах дополняют друг друга или могут противоречить друг другу? Может ли металл иметь высокую электропроводность и низкую теплопроводность? Вы задаете правильные вопросы, но не всегда есть простые ответы. Среди металлов теплопроводность и электропроводность очень сильно коррелированы (см. таблицу ниже). Но в любом данном металле, если вы увеличите температуру и молекулы начнут достаточно вибрировать, их шаткое поведение ухудшит электропроводность. Почему? Потому что все вибрации создают множество случайных столкновений частиц, что ослабляет поступательный поток (ток) электронов.
Какие металлы обладают наибольшей электропроводностью? Каковы их приложения?
Металлы являются отличными проводниками из-за их атомной структуры, как мы только что исследовали. Металлы также широко доступны, что делает их экономичным сырьем для производства коммерчески полезных проводников.
Когда дело доходит до коммерческого и промышленного применения, ключевой момент заключается в том, чтобы найти правильный материал по правильной цене, не ставя под угрозу производительность.
Хорошим примером применения теплопроводности является радиатор. Радиаторы — это маленькие вентиляторы внутри вашего компьютера, которые отводят тепло от электрических компонентов для их охлаждения, и они часто изготавливаются из алюминия. Несмотря на то, что теплопроводность алюминия намного ниже, чем у меди, его теплопроводность достаточна для этого применения, а рафинированный алюминий значительно дешевле, чем рафинированная медь.
Медь обладает электропроводностью. Морское дно проложено медными проводами для передачи данных с одного континента на другой. В вашем доме есть медная проводка, без которой у вас не было бы электричества. Но алюминий также широко используется для электрификации. Одним из примеров являются линии электропередач на большие расстояния: поскольку алюминий легче, он не дает установкам разрушиться под собственным весом, как в случае с медью.
Откуда мы знаем, какие металлы обладают наибольшей проводимостью? Это возвращает к концепции энергии ионизации, которую мы обсуждали выше: металлы, возглавляющие таблицы электропроводности, требуют наименьшего количества энергии ионизации. В иерархии большинства проводящих металлов серебро возглавляет заряд (каламбур). Но поскольку серебро экспоненциально дороже меди и алюминия, оно используется только в очень специфических случаях, когда требуется экстремальная проводимость.
Наконец, вы можете спросить: является ли проводимость свойством только металлов? Нет, проводимость не ограничивается металлами или даже твердыми телами. Мы также можем измерять проводимость (или удельное сопротивление) жидкостей, газов и плазмы. Фактически, самые лучшие электрические проводники называются сверхпроводниками, и они обычно состоят из различных неметаллических элементов. И самым большим теплопроводником является алмаз. Интересно, однако, что алмазы имеют почти нулевую электропроводность! (рассказ на другой день).
98 Ом/м)
Теплопроводность
(Вт/м/К)
4404Как проводимость помогает производителям выбрать правильный сплав
Знание физических законов проводимости помогает специалистам-производителям выбирать правильный материал для конечной продукции. Вот некоторые вопросы, которые следует иметь в виду:
- Сколько электроэнергии будет проходить через деталь?
- Является ли терморегулирование важным компонентом детали?
- Требуется ли быстрое охлаждение или нагрев детали?
- Будет ли деталь сварена?
Например, деталь можно использовать во влажной среде, где желательными свойствами являются коррозионная стойкость и низкая теплопроводность. Вам может потребоваться сильная проводимость, потому что ваша часть задействована в электрических установках. Если вы работаете в среде, где тепловая энергия часто колеблется, вам может понадобиться металл с высоким термическим сопротивлением. Детали, используемые для передачи тепла, такие как индукционные печи, имеют одни компоненты с высокой теплопроводностью, а другие — с низкой теплопроводностью.
Проводимость имеет важное значение при сварке. Дуговая сварка включает мобилизацию электрического тока для нагрева металла до такой степени, чтобы расплавить его с другим соседним металлом. Если ваш материал недостаточно проводящий, вы не будете выделять достаточно тепла, чтобы расплавить металлы.
Мы в Eagle Group серьезно относимся к свойствам металлов, и проводимость не является исключением. Наш опытный персонал готов проконсультировать вас по оптимальным сплавам для вашей продукции, а наши литейные и механические цеха готовы работать с широким спектром сплавов. Будь то проводящие или резистивные, у нас есть все необходимое для поставки качественных деталей для любого применения.
Чтобы узнать больше о свойствах металлов, ознакомьтесь с нашей серией блогов.
Электрические свойства стали | eHow UK
Майкл О. Сматерс / in Style
Сталь, сплав, состоящий из железа и углерода, составляет большую часть металлических строительных материалов или материалов для изготовления инструментов.
Как и все металлы, сталь может проводить электричество. Некоторые виды стали, такие как электротехническая сталь, состоят не только из углерода, но и из других материалов. Например, нержавеющая сталь 304 включает хром, цинк и углерод. Различные составы металлов изменяют электрические свойства стали, что делает ее более подходящей для использования в электромонтажных работах или строительстве. Три основных электрических свойства стали включают ее электропроводность, удельное электрическое сопротивление и температурный коэффициент.
1
Электропроводность
Электропроводность, измеряемая в Сименсах на метр или См/м, показывает способность материала проводить электрический заряд на определенное расстояние. Электропроводность зависит от количества свободных электронов, доступных для переноса заряда. Измерение представляет собой отношение плотности тока к силе приложенного электрического поля или то, какая часть общего поля фактически проходит через материал, а не через окружающую его среду, такую как вода или воздух.
6 Сименс/метр.
- Электропроводность, измеряемая в Сименсах на метр или См/м, указывает на способность материала проводить электрический заряд на определенное расстояние.
- Измерение представляет собой отношение плотности тока к силе приложенного электрического поля или то, какая часть общего поля фактически проходит через материал, а не через окружающую его среду, такую как вода или воздух.
2
Удельное электрическое сопротивление
9-3 Ом/метр, по данным Lenntech Water Treatment Solutions.- Удельное сопротивление противоположно проводимости — трудности материала проводить электрический ток.
- Удельное электрическое сопротивление измеряется в омах/метр как величина, обратная проводимости.
3
Температурный коэффициент
Поскольку температура влияет на электрическую проводимость и удельное сопротивление, эти свойства измеряются и документируются при 20 градусах Цельсия. Температурный коэффициент определяет, насколько температура увеличит или уменьшит электрическое сопротивление.
