электропроводность, свойства, особенности и применение
Во многих отраслях современной промышленности очень широко используется такой материал, как медь. Электропроводность у этого металла очень высокая. Этим и объясняется целесообразность его применения прежде всего в электротехнике. Из меди получаются проводники с отличными эксплуатационными характеристиками. Конечно же, используется этот металл не только в электротехнике, но и в других отраслях промышленности. Объясняется его востребованность в том числе и такими его качествами, как стойкость к коррозионным разрушениям в ряде агрессивных сред, тугоплавкость, пластичность и т.д.
Историческая справка
Медь является металлом, известным человеку с глубокой древности. Объясняется раннее знакомство людей с эти материалом прежде всего его широкой распространенностью в природе в виде самородков. Многие ученые считают, что именно медь была первым металлом, восстановленным человеком из кислородных соединений. Когда-то горные породы просто нагревали на костре и резко остужали, в результате чего они растрескивались. Позднее восстановление меди начали производить на кострах с добавлением угля и поддувом мехами. Совершенствование этого способа в конечном итоге привело к созданию Еще позже этот металл начали получать методом окислительной плавки руд.
Медь: электропроводность материала
В спокойном состоянии все свободные электроны любого металла вращаются вокруг ядра. При подключении внешнего источника воздействия они выстраиваются в определенной последовательности и становятся носителями тока. Степень способности металла пропускать сквозь себя последний и называется электропроводностью. Единицей ее измерения в Международной СИ является сименс, определяемый как 1 См = 1 Ом -1 .
Электропроводность меди очень высока. По этому показателю она превосходит все известные на сегодня неблагородные металлы. Лучше нее ток пропускает только серебро. Показатель электропроводности меди составляет 57х104 см -1 при температуре в +20 °С. Благодаря такому своему свойству этот металл на данный момент является самым распространенным проводником из всех используемых в производственных и бытовых целях.
Медь отлично выдерживает постоянные электрические нагрузки и к тому же отличается надежностью и долговечностью. Помимо всего прочего, этот металл характеризуется и высокой температурой плавления (1083,4 °С). А это, в свою очередь, позволяет меди долгое время работать в нагретом состоянии. По распространенности в качестве проводника тока конкурировать с этим металлом может только алюминий.
Влияние примесей на электропроводность меди
Конечно же, в наше время для выплавки этого красного металла используются гораздо более совершенные методики, чем в древности. Однако и сегодня получить совершенно чистый Cu практически невозможно. В меди всегда присутствуют разного рода примеси. Это могут быть, к примеру, кремний, железо или бериллий. Между тем, чем больше примесей в меди, тем меньше показатель ее электропроводности. Для изготовления проводов, к примеру, подходит только достаточно чистый металл. Согласно нормативам, для этой цели можно использовать медь с количеством примесей, не превышающем 0.1 %.
Очень часто в этом металле содержится определенный процент серы, мышьяка и сурьмы. Первое вещество значительно снижает пластичность материала. Электропроводность меди и серы сильно различается. Ток эта примесь совершенно не проводит. То есть является хорошим изолятором. Однако на электропроводность меди сера не влияет практически никак. То же самое касается и теплопроводности. С сурьмой и мышьяком наблюдается обратная картина. Эти элементы электропроводность меди способны снижать значительно.
Сплавы
Разного рода добавки могут использоваться и специально для повышения прочности такого пластичного материала, как медь. Электропроводность ее они также снижают. Но зато их применение позволяет значительно продлить срок службы разного рода изделий.
Чаще всего в качестве повышающей прочность меди добавки используется Cd (0.9 %). В результате получается кадмиевая бронза. Ее проводимость составляет 90 % от проводимости меди. Иногда вместо кадмия в качестве добавки используют также алюминий. Проводимость этого металла составляет 65 % от этого же показателя меди. Для повышения прочности проводов в виде добавки могут применяться и другие материалы и вещества — олово, фосфор, хром, бериллий. В результате получается бронза определенной марки. Соединение меди с цинком называется латунью.
Характеристики сплавов
Зависеть может не только от количества имеющихся в них примесей, но и от других показателей. К примеру с повышением температуры нагрева способность меди пропускать сквозь себя ток снижается. Оказывает влияние на электропроводность такой проволоки даже способ ее изготовления. В быту и на производстве могут использоваться как мягкие отожженные медные проводники, так и твердотянутые. У первой разновидности способность пропускать сквозь себя ток выше.
Однако больше всего влияют, конечно же, используемые добавки и их количество на электропроводность меди. Таблица ниже представляет читателю исчерпывающую информацию относительно способности пропускать ток наиболее распространенных сплавов этого металла.
Сплав | Состояние (О — отожженная, Т-твердотянутая) | Электропроводность (%) |
Чистая медь | ||
Оловянная бронза (0.75 %) | ||
Кадмиевая бронза (0.9 %) | ||
Алюминиевая бронза (2,5 % А1, 2 % Sn) | ||
Фосфористая бронза (7 % Sn, 0,1 % Ρ) | ||
Электропроводность латуни и меди сравнима. Однако у первого металла этот показатель, конечно же, немного ниже. Но при этом он и выше, чем у бронз. В качестве проводника латунь используется довольно-таки широко. Ток она пропускает хуже меди, но при этом и стоит дешевле. Чаще всего из латуни делают контакты, зажимы и различные детали для радиоаппаратуры.
Медные сплавы высокого сопротивления
Такие проводниковые материалы применяют в основном при изготовлении резисторов, реостатов, измерительных приборов и электронагревательных устройств. Чаще всего для этой цели используются медные сплавы константан и манганин. Удельное сопротивление первого (86 % Cu, 12 % Mn, 2 % Ni) составляет 0.42-0.48 мкОм/м, а второго (60 % Cu, 40 % Ni) — 0.48-0.52 мкОм/м.
Связь с коэффициентом теплопроводности
Меди — 59 500 000 См/м. Этот показатель, как уже упоминалось, верен, однако только при температуре +20 о С. Между коэффициентом теплопроводности любого металла и удельной проводимостью существует определенная связь. Устанавливает его закон Видемана — Франца. Выполняется он для металлов при высоких температурах и выражается в такой формуле: K/γ = π 2 / 3 (k/e) 2 T, где y — удельная проводимость, k — постоянная Больцмана, e — элементарный заряд.
Разумеется, существует подобная связь и у такого металла, как медь. Теплопроводность и электропроводность у нее очень высокие. На втором месте после серебра она находится по обоим этим показателям.
Соединение медных и алюминиевых проводов
В последнее время в быту и промышленности начало использоваться электрооборудование все более высокой мощности. Во времена СССР проводка изготавливалась в основном из дешевого алюминия. Новым требованиям ее эксплуатационные характеристики, к сожалению, уже не соответствуют. Поэтому сегодня в быту и в промышленности очень часто алюминиевые провода меняются на медн
Электрическая проводимость — медь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Электрическая проводимость — медь
Cтраница 1
Электрическая проводимость меди зависит от содержания примесей. При наличии даже небольшого количества примесей электрическая проводимость резко падает. [1]
Электрическая проводимость меди заметно не изменяется под влиянием висмута, свинца, серы, селена и теллура, сильно снижается под влиянием незначительных количеств мышьяка, а также сурьмы. [2]
В табл. 4 для сравнения приведена электрическая проводимость меди при комнатной температуре. Оказывается, что проводимость плазмы много меньше проводимости меди. Поэтому стенки канала и приходится набирать из изолированных друг от друга медных шайб. [3]
Ом 1 — cvr1), составляющая 57 % электрической проводимости меди. [4]
В зависимости от чистоты электрическая проводимость технического алюминия составляет 62 — 65 % от электрической проводимости меди
Проводниковую медь получают из слитков путем гальванической очистки в электролитических ваннах. Даже ничтожное количество примесей резко снижает электрическую проводимость меди. Почти все изделия из меди для электротехнической промышленности изготовляются путем проката, прессовки и волочения. Волочением получаются провода диаметром до 0 005 мм, ленты толщиной до 0 1 мм и фольга толщиной до 0 008 мм. При механических деформациях медь подвергается наклепу, который устраняется при термообработке. [6]
Удельный вес никеля, наносимого гальваническим путем, равен 8 9; точка плавления 1455 С. Электрическая проводимость никеля составляет лишь 15 % электрической проводимости меди. При высокой температуре на никеле появляются цвета побежалости, однако в окисляющей атмосфере при температуре до 800 С никель не изменяет своих свойств. В щелочах и органических кислотах никель не растворяется, в серной и соляной кислотах он растворяется медленно, в азотной кислоте хорошо. [7]
Он очень пластичен, легко прокатывается в фольгу и протягивается в проволоку. Прекрасный проводник электрического тока — его электрическая проводимость сравнима с
В виде чистого металла алюминий используется для изготовления химической аппаратуры, электрических проводов, конденсаторов. Хотя электрическая проводимость алюминия меньше, чем у меди ( около 60 % электрической проводимости меди), но это компенсируется легкостью алюминия, позволяющей делать провода более толстыми: при одинаковой электрической проводимости масса алюминиевого провода вдвое меньше медного. [9]
В виде чистого металла алюминий используется для изготовления химической аппаратуры, электрических проводов, конденсаторов. Хотя электрическая проводимость алюминия меньше, чем у меди ( около 60 %
В виде чистого металла алюминий используется для изготовления химической аппаратуры, электрических проводов, конденсаторов. Хотя электрическая проводимость алюминия меньше, чем у меди ( около 60 % электрической проводимости меди), но это компенсируется легкостью алюминия, позволяющей делать провода более толстыми: при одинаковой электрической проводимости алюминиевый провод весит вдвое меньше медного. [11]
В виде чистого металла алюминий используется для изготовления химической аппаратуры, электрических проводов, конденсаторов. Хотя электрическая проводимость алюминия — меньше, чем у меди ( около 60 % электрической проводимости меди), но это компенсируется легкостью алюминия, позволяющей делать провода более толстыми: при одинаковой электрической проводимости алюминиевый провод весит вдвое меньше медного. [12]
В нагревостойких проводах с асбестовой изоляцией широко используется биметаллическая проволока, где сердечником служит медь, а покрытием — никель. В качестве примера такого использования можно привести провода типа Heat ( фирма Continental Wire and Cable Co, США), рассчитанные на рабочую температуру 538 С. Их электрическая проводимость составляет 70 %
Он очень пластичен, легко прокатывается в фольгу к протягивается в проволоку. Прекрасный проводник электрического тока — его электрическая проводимость сравнима с электрической проводимостью меди. [14]
Кадмий сильно поглощает медленные нейтроны. Поэтому его используют в виде стержней в ядерных реакторах для регулирования скорости цепной реакции. Сплавы меди, содержащие — 1 % Cd, служат для изготовления проводов, подвергающихся трению от скольжения контактов; не снижая электрической проводимости меди, кадмий улучшает ее механические свойства. Кадмирование стальных изделий лучше, чем цинковое покрытие, предохраняет железо и сталь от ржавления. Из солей кадмия наибольшее применение имеет сульфид. Сульфид кадмия применяется для изготовления краски и цветных стекол. [15]
Страницы: 1 2
Проводимость — медь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Проводимость — медь
Cтраница 1
Проводимость меди 57 — 10 См / см. По кабелю течет постоянный ток 50 А при напряжении в начале кабеля 100 В. [1]
Добротность 2мед вычисляют из геометрических размеров резонансной полости и из
Электрическая проводимость отожженного алюминия чистотой 99 6 % составляет 62 % проводимости отжженной меди, а предел прочности проволоки из алюминия равняется 0 84 — 2 04 МН / м2 в зависимости от степени отжига. Для высоковольтных линий электропередачи используют алюминиевые провода, упрочненные стальной проволокой или со стальным сердечником. [3]
Проводимость твердотянутых медных проводов, используемых на воздушных линиях связи, составляет примерно 96 % проводимости образцовой меди; проводимость же мягкой ото-женной меди, используемой при изготовлении кабелей, достигает 98 и более процентов. [4]
Гц; рг — относительная магнитная проницаемость; стотн — удельная электрическая проводимость материала, отнесенная к проводимости меди. [5]
В настоящее время считают целесообразным штамповать на магнитно-импульсных установках металлы и материалы, проводимость которых не ниже / 10 проводимости меди. Для штамповки стали и других материалов с низкой проводимостью используют гальваническое покрытие медью или фольгу из алюминия и меди, которой покрывают поверхность заготовки. [7]
В, отличие от нейтрального газа, плазма является хорошим проводником тока; например, начиная с температур 10 К, проводимость ионизованного водорода больше проводимости меди и серебра; проводимость плазмы космического пространства сравнима с проводимостью металлических проводников при комнатной температуре. [8]
Например, если какой-нибудь двухвалентный атом, скажем, атом цинка, находится в меди, то можно ожидать, что оба его валентных электрона объединятся с электронами проводимости меди, в результате чего образуется отдельный двухвалентный ион цинка с избыточным положительным зарядом, внедренный в решетку одновалентных ионов меди. [9]
В большей части ядра эта смесь, по-видимому, является жидкой, ее проводимость в общем порядка а 10 с 1 ( [141], см. также [132]), что близко к проводимости меди или серебра при комнатной температуре. Следовательно, 1 Ю3 см2 / с и характерное время затухания поля равно R j / Aq 1016 с 3 108 лет. Существование сильного дипольного поля требует действия динамо в недрах планеты и, следовательно, конвективных движений. Поэтому более существенной может быть турбулентная ijp а не омическая ij вязкость. Однако на нынешнем низком уровне наших познаний численные оценки этого эффекта практически невозможны. [10]
Гкрая поглощения закиси меди по форме похожи на соответствующие края в спектре металла и смещены на 0 4 эв, отсюда следует, что их можно объяснить переходами в свободные 45-состояния зоны проводимости меди, а положения точки перегиба соответствуют нижней границе зоны. [12]
Удельная проводимость металлов. Электрическая проводимость меди. Медь: характеристика
Электрическая проводимость меди напрямую зависит от наличия в этом металле разнообразных примесей. Даже в случае добавления к нему небольшого количества мышьяка, сурьмы происходит резное падение величины электрической проводимости. Но не оказывает существенного влияния на эту физическую величину свинец, теллур, селен, мышьяк.
На следующих изображениях мы видим эволюцию механического сопротивления, эластичности или предела текучести до 0, 2%, процентного удлинения после разрушения и твердости по Бринеллю в зависимости от температуры после трехчасового отжига с последующими холодными деформациями 25% до 50%. Начало размягчения в значительной степени зависит от степени холодной деформации, которая произошла. После отжига при 400 ° С в обоих случаях значения сопротивления возвращаются к значениям, соответствующим мягкому начальному состоянию.
Это значение уменьшается за счет холодных деформаций, повышения температуры или примесей. Изображение слева демонстрирует уменьшение проводимости за счет добавления небольших примесей разных элементов. Из этого следует, что, в частности, присутствие фосфора и железа оказывает сильное влияние на вещество. Поскольку оба элемента часто встречаются в технически чистой меди, в нижнем правом изображении вы можете увидеть влияние обоих элементов, объединенных на проводимость.
Особенности понятия
Электрическая проводимость меди ненамного меньше, чем у серебра, что делает этот металл востребованным в современной электротехнике.
Данная физическая величина является характеристикой способности вещества проводить электрический ток. Она связана с удельным электрическим сопротивлением металла прямо пропорциональной зависимостью.
Влияние содержания железа и фосфора на электропроводность меди Влияние содержания железа и фосфора на электропроводность меди. Обратным к удельной электропроводности является удельное электрическое сопротивление. Электропроводность от температуры. Они представляют собой группу химических элементов, которые имеют всю или большую часть следующих физических свойств: твердое состояние при нормальной температуре, за исключением ртути, которая является жидкой; непрозрачность, за исключением очень тонких слоев; хорошие электрические и тепловые проводники; яркая, некогда полированная и кристаллическая структура в твердом состоянии.
Электрическое сопротивление меди в Ом⋅мм 2 /м составляет при температуре 20 градусов 0,017. По числовому значению это лишь незначительно меньше, чем у серебра.
Электрическая проводимость меди является величиной, обратной сопротивляемости, применяется для характеристики электротехнических свойств данного металла. Для ее измерения используют сименсы, соответствующие 1/Ом.
Металлы и неметаллы отделены в периодической системе диагональной линией элементов. Элементами слева от этой диагонали являются металлы, а элементы справа — неметаллы. Элементы, составляющие эту диагональ — бор, кремний, германий, мышьяк, сурьму, теллур, полоний и астатин — обладают как металлическими, так и неметаллическими свойствами. Наиболее распространенными металлическими элементами являются алюминий, барий, бериллий, кадмий, кальций, церий, хром, кобальт, медь, золото, иридий, железо, свинец, литий, магний, марганец, ртуть, молибден, никель, осмий, палладий, платина, калий, радий, родий, серебро, натрий, тантал, таллий, торий, олово, титан, вольфрам, уран, ванадий и цинк.
Получение меди
Поскольку медь проводит электричество, существует несколько способов изготовления данного металла. Полупроводниковую медь в настоящее время получают при гальванической очистке слитков в специальных электролитических ваннах. Большая часть медных изделий, применяемых в электротехнической промышленности, производится путем проката, волочения, прессовки.
Металлические элементы могут быть объединены друг с другом, а также с другими элементами, образующими соединения, растворы и смеси. Смесь двух или более металлов или металла и некоторых неметаллов, таких как углерод, называется сплавом. Сплавы ртути с другими металлическими элементами известны как амальгамы.
Металлы демонстрируют большой разброс в их физических свойствах. Большинство из них серовато, но некоторые имеют разные цвета; висмут — розовое, красноватое медь и желтое золото. В других металлах появляется более одного цвета, и это явление называется плеокроизмом. Температура плавления металлов колеблется от -39 ° С до 410 ° С вольфрама. Иридий с относительной плотностью 22, 4 является наиболее плотным из металлов. Напротив, литий наименее плотный, с относительной плотностью 0. Большинство металлов кристаллизуется в кубической системе, хотя некоторые из них делают это в гексагональной и тетрагональной системах.
При волочении создают провода, имеющие диаметр не больше 0,005 мм, тонкую фольгу, ленту до 0,1 мм.
Медная проводка востребована не только при возведении многоквартирных домов и офисных помещений, но и в частном строительстве.
Данный металл часто встречается в природе в виде крупных самородков. Еще в древние времена люди изготавливали из него украшения, посуду, оружие. Востребованность меди объясняется легкостью ее обработки, а также распространенностью в природе.
Самая низкая электропроводность — висмут, а самая высокая при обычной температуре — серебро. Проводимость в металлах может быть уменьшена за счет сплавов. Все металлы расширяются с нагревом и сокращаются при охлаждении. Определенные сплавы, такие как платина и иридий, имеют чрезвычайно низкий коэффициент расширения.
Металлы часто жесткие и жесткие. Для металлов характерно наличие положительных валентностей в большинстве их соединений. Это означает, что они, как правило, дают электроны атомам, с которыми они связаны. Они также имеют тенденцию образовывать основные оксиды. Напротив, неметаллические элементы, такие как азот, сера и хлор, имеют отрицательную валентность в большинстве своих соединений и имеют тенденцию приобретать электроны и образовывать кислотные оксиды.
Первоначально процесс выделения металла из его соединений был достаточно примитивным, заключался в нагревании медной руды над костром, последующем резком охлаждении. Такая обработка приводила к растрескиванию кусков руды, что позволяло людям извлекать сам металл.
По мере совершенствования технологических процессов обработки металлических руд в костры стали подавать воздух, чтобы повышать температуру нагревания природного соединения. Постепенно процесс начали осуществлять в специальных конструкциях, которые стали прототипами современных шахтных печей.
Металлы имеют низкую энергию ионизации: они легко реагируют, теряя электроны для образования положительных ионов или катио
