Сопротивление алюминий медь: Удельное сопротивление железа, алюминия, меди и других металлов. Сопротивление меди в зависимости от температуры

Содержание

Медь или алюминий — что выгоднее

Только два металла — медь и алюминий нашли широкое применение в качестве проводников электрического тока. Их использование в этом качестве обусловливается комплексом физических свойств самих металлов и их ценой.

Физические основы протекания электрического тока в проводниках

Как известно из физики, электрический ток – это упорядоченное движение электрических зарядов в проводнике, под действием сил электрического поля. При перемещении электрических зарядов в проводнике они подвергаются противодействию, которое оценивают величиной электрического сопротивления и которое измеряется в омах (Ом).

Электрическое сопротивление для цилиндрических проводников определяется формулой r=ρ*l/s, где r — электрическое сопротивление проводника, Ом, ρ — удельное электрическое сопротивление материала проводника, Ом*мм2/м, l — длина проводника, м, s — площадь поперечного сечения проводника, мм²

Поэтому, в электротехнике, для изготовления проводов используются материалы с низким удельным сопротивлением (медь, алюминий, сталь).

Например: Удельное сопротивление меди — 0, 0175 ом*мм²/м, удельное сопротивление алюминия — 0, 0294 ом*мм²/м

Иногда вместо электрического сопротивления r употребляют обратную величину – проводимость g=1/r, а вместо удельного сопротивления — удельную проводимость γ=1/ρ. Электрическая проводимость измеряется в сименсах (См).

При перемещении электрических зарядов в проводнике, электрическое сопротивление вызывает нагревание проводника. Это нагревание является вредным и, при эксплуатации проводника, должно быть ограничено, с учётом физических свойств проводника и класса изоляции.

Установившаяся температура проводника с током, зависит от плотности тока, которая определяется по формуле: δ=I/s, где δ — плотность тока, а/мм

2, I — величина тока, а s — площадь поперечного сечения проводника, мм

Что же выгоднее применять в качестве электрических проводов — медь или алюминий?

При сравнительном рассмотрении тенденций роста стоимости алюминия и меди в течение ХХ и начала ХХI веков, очевидно, что стоимость алюминия растёт медленнее, чем меди. Эта разница особенно видна в начале ХХI века. С 2006 года стоимость меди на Лондонской бирже металлов доходила до 8500 долл/тонну, в то время как алюминия — 2500 долл/тонну. Это связано с усовершенствованием и увеличением производства алюминия, при доступном и недорогом сырье для производства кабельной продукции, которое, в стоимости конечного продукта, составляет 25%.

Для меди — ситуация иная. Медные рудные запасы ухудшаются, содержание меди руде падает, новые месторождения бедны металлом и сложнее в его извлечении. Кроме того, эти месторождения географически более труднодоступны. Поэтому, затраты на сырьё в стоимости конечного продукта, составляют более 50 % и ещё растут.

Эти тенденции не изменяются, так же, как и сравнительная динамика цен, а изменения не предвидятся. Всё это говорит в пользу использования алюминия.

Научное открытие сверхпроводимости и её промышленное применение пока ещё недостижимы для мировой практики. В свете того, что электрическая проводимость алюминия ниже, чем у меди, сечение алюминиевого провода и, следовательно его объём, должны быть больше чем у медного, причём диаметр алюминиевого провода, для той же плотности тока, должен быть больше чем медного на 25 %.

Однако, увеличение объёма, а следовательно массы алюминиевого провода, нивелируется невысокой плотностью металла (2,7 т/м³ — алюминий, 8,9 т/м³— медь). Поэтому масса алюминиевого провода, для той же плотности тока, в три раза меньше чем медного.

Сопротивление ом на метр. Удельное сопротивление железа, алюминия, меди и других металлов. Удельное сопротивление изоляторов

Большинство законов физики основано на экспериментах. Имена экспериментаторов увековечены в названиях этих законов. Одним из них был Георг Ом.

Опыты Георга Ома

Он установил в ходе экспериментов по взаимодействию электричества с различными веществами, в том числе металлами фундаментальную взаимосвязь плотности , напряжённости электрического поля и свойства вещества, которое получило название «удельная проводимость». Формула, соответствующая этой закономерности, названная как «Закон Ома» выглядит следующим образом:

j= λE , в которой

j — плотность электрического тока;
λ — удельная проводимость, именуемая также как «электропроводность»;
E – напряжённость электрического поля.

В некоторых случаях для обозначения удельной проводимости используется другая буква греческого алфавита — σ . Удельная проводимость зависит от некоторых параметров вещества. На её величину оказывают влияние температура, вещества, давление, если это газ, и самое главное структура этого вещества. Закон Ома соблюдается только для однородных веществ.

Для более удобных расчётов используется величина обратная удельной проводимости. Она получила название «удельное сопротивление», что так же связано со свойствами вещества, в котором течёт электрический ток, обозначается греческой буквой ρ и имеет размерность Ом*м. Но поскольку для различных физических явлений применяются разные теоретические обоснования, для удельного сопротивления могут быть использованы альтернативные формулы. Они являются отображением классической электронной теории металлов, а также квантовой теории.

Формулы

В этих утомительных, для простых читателей, формулах появляются такие множители, как постоянная Больцмана, постоянная Авогадро и постоянная Планка. Эти постоянные применяются для расчетов, которые учитывают свободный пробег электронов в проводнике, их скорость при тепловом движении, степень ионизации, концентрацию и плотность вещества. Словом, всё довольно сложно для не специалиста. Чтобы не быть голословным далее можно ознакомиться с тем, как всё выглядит на самом деле:

Особенности металлов

Поскольку движение электронов зависит от однородности вещества, ток в металлическом проводнике течёт соответственно его структуре, которая влияет на распределение электронов в проводнике с учётом его неоднородности. Она определяется не только присутствием включений примесей, но и физическими дефектами – трещинами, пустотами и т.п. Неоднородность проводника увеличивает его удельное сопротивление, которое определяется правилом Маттисена.

Это несложное для понимания правило, по сути, говорит о том, что в проводнике с током можно выделить несколько отдельных удельных сопротивлений. А результирующим значением будет их сумма. Слагаемыми будут удельное сопротивления кристаллической решётки металла, примесей и дефектов проводника. Поскольку этот параметр зависит от природы вещества, для вычисления его определены соответствующие закономерности, в том числе и для смешанных веществ.

Несмотря на то, что сплавы это тоже металлы, они рассматриваются как растворы с хаотической структурой, причём для вычисления удельного сопротивления имеет значение, какие именно металлы входят в состав сплава. В основном большинство сплавов из двух компонентов, которые не принадлежат к переходным, а также к редкоземельным металлам попадают под описание законом Нодгейма.

Как отдельная тема рассматривается удельное сопротивление металлических тонких плёнок. То, что его величина должна быть больше чем у объёмного проводника из такого же металла вполне логично предположить. Но при этом для плёнки вводится специальная эмпирическая формула Фукса, которая описывает взаимозависимость удельного сопротивления и толщины плёнки. Оказывается, в плёнках металлы проявляют свойства полупроводников.

А на процесс переноса зарядов оказывают влияние электроны, которые перемещаются в направлении толщины плёнки и мешают перемещению «продольных» зарядов. При этом они отражаются от поверхности плёночного проводника, и таким образом один электрон достаточно долго совершает колебания между его двумя поверхностями. Другим существенным фактором увеличения удельного сопротивления является температура проводника. Чем выше температура – тем сопротивление больше. И наоборот, чем ниже температура, тем сопротивление меньше.

Металлы являются веществами с наименьшим удельным сопротивлением при так называемой «комнатной» температуре. Единственным неметаллом, который оправдывает своё применение как проводник, является углерод. Графит, являющийся одной из его разновидностей, широко используется для изготовления скользящих контактов. Он имеет очень удачное сочетание таких свойств как удельное сопротивление и коэффициент трения скольжения. Поэтому графит является незаменимым материалом для щёток электродвигателей и других скользящих контактов. Величины удельных сопротивлений основных веществ, используемых для промышленных целей, приведены в таблице далее.

Сверхпроводимость

При температурах соответствующих сжижению газов, то есть вплоть до температуры жидкого гелия, которая равна – 273 градуса по Цельсию удельное сопротивление уменьшается почти до полного исчезновения. И не только у хороших металлических проводников, таких как серебро, медь и алюминий. Практически у всех металлов. При таких условиях, которые называются сверхпроводимостью, структура металла не имеет тормозящего влияния на движение зарядов под действием электрического поля. Поэтому ртуть и большинство металлов становятся сверхпроводниками.

Но, как выяснилось, относительно недавно в 80-х годах 20-го века, некоторые разновидности керамики тоже способны к сверхпроводимости. Причём для этого не надо использовать жидкий гелий. Такие материалы назвали высокотемпературными сверхпроводниками. Однако уже прошло несколько десятков лет, и ассортимент высокотемпературных проводников существенно расширился. Но массового использования таких высокотемпературных сверхпроводящих элементов не наблюдается. В некоторых странах сделаны единичные инсталляции с заменой обычных медных проводников на высокотемпературные сверхпроводники. Для поддержания нормального режима высокотемпературной сверхпроводимости необходим жидкий азот. А это получается слишком дорогим техническим решением.

Поэтому, малое значение удельного сопротивления, дарованное Природой меди и алюминию, по-прежнему делает их незаменимыми материалами для изготовления разнообразных проводников электрического тока.

Содержание:

Удельным сопротивлением металлов считается их способность к противодействию электрическому току, проходящему через них. Единицей измерения данной величины служит Ом*м (Ом-метр). В качестве символа используется греческая буква ρ (ро). Высокие показатели удельного сопротивления означают плохую проводимость электрического заряда тем или иным материалом.

Технические характеристики стали

Прежде чем подробно рассматривать удельное сопротивление стали, следует ознакомиться с ее основными физико-механическими свойствами. Благодаря своим качествам, этот материал получил широкое распространение в производственной сфере и других областях жизни и деятельности людей.

Сталь представляет собой сплав железа и углерода, содержащегося в количестве, не превышающем 1,7%. Кроме углерода, сталь содержит определенное количество примесей — кремния, марганца, серы и фосфора. По своим качествам она значительно лучше чугуна, легко поддается закаливанию, ковке, прокату и другим видам обработки. Все виды сталей отличаются высокой прочностью и пластичностью.

По своему назначению сталь подразделяется на конструкционную, инструментальную, а также с особыми физическими свойствами. В каждой из них содержится различное количество углерода, благодаря которому материал приобретает те или иные специфические качества, например, жаропрочность, жаростойкость, устойчивость к действию ржавчины и коррозии.

Особое место занимают электротехнические стали, выпускаемые в листовом формате и применяющиеся в производстве электротехнических изделий. Для получения этого материала производится легирование кремнием, способным улучшить его магнитные и электрические свойства.

Для того чтобы электротехническая сталь приобрела необходимые характеристики, необходимо соблюдение определенных требований и условий. Материал должен легко намагничиваться и перемагничиваться, то есть, обладать высокой магнитной проницаемостью. Такие стали имеют хорошую , а их перемагничивание осуществляется с минимальными потерями.

От соблюдения этих требований зависят габариты и масса магнитных сердечников и обмоток, а также коэффициент полезного действия трансформаторов и величина их рабочей температуры. На выполнение условий оказывают влияние многие факторы, в том числе и удельное сопротивление стали.

Удельное сопротивление и другие показатели

Величина удельного электрического сопротивления представляет собой отношение напряженности электрического поля в металле и плотности тока, протекающего в нем. Для практических расчетов используется формула: в которой ρ является удельным сопротивлением металла (Ом*м), Е — напряженностью электрического поля (В/м), а J — плотностью электротока в металле (А/м 2). При очень большой напряженности электрического поля и низкой плотности тока, удельное сопротивление металла будет высоким.

Существует еще одна величина, называемая удельной электропроводностью, обратная удельному сопротивлению, указывающая на степень проводимости электрического тока тем или иным материалом. Она определяется по формуле и выражается в единицах См/м — сименс на метр.

Удельное сопротивление тесно связано с электрическим сопротивлением. Однако они имеют различия между собой. В первом случае — это свойство материала, в том числе и стали, а во втором случае определяется свойство всего объекта. На качество резистора влияет сочетание нескольких факторов, прежде всего, формы и удельного сопротивления материала, из которого он изготовлен. Например, если для изготовления проволочного резистора использовалась тонкая и длинная проволока, то его сопротивление будет больше, чем у резистора, изготовленного из толстой и короткой проволоки одинакового металла.

В качестве другого примера можно привести резисторы из проволоки с одинаковым диаметром и длиной. Однако, если в одном из них материал имеет высокое удельное сопротивление, а в другом низкое, то соответственно в первом резисторе электрическое сопротивление будет выше, чем во втором.

Зная основные свойства материала, можно использовать удельное сопротивление стали для определения величины сопротивления стального проводника. Для вычислений, кроме удельного электрического сопротивления потребуется диаметр и длина самого провода. Расчеты выполняются по следующей формуле: , в которой R является (Ом), ρ — удельным сопротивлением стали (Ом*м), L — соответствует длине провода, А — площади его поперечного сечения.

Существует зависимость удельного сопротивления стали и других металлов от температуры. В большинстве расчетов используется комнатная температура — 20 0 С. Все изменения под влиянием этого фактора учитываются с помощью температурного коэффициента.

Как нам известно из закона Ома, ток на участке цепи находится в следующей зависимости: I=U/R . Закон был выведен в результате серии экспериментов немецким физиком Георгом Омом в XIX веке. Он заметил закономерность: сила тока на каком-либо участке цепи прямо зависит от напряжения, которое к этому участку приложено, и обратно — от его сопротивления.

Позже было установлено, что сопротивление участка зависит от его геометрических характеристик следующим образом: R=ρl/S ,

где l- длина проводника, S — площадь его поперечного сечения, а ρ — некий коэффициент пропорциональности.

Таким образом, сопротивление определяется геометрией проводника, а также таким параметром, как удельное сопротивление (далее — у. с.) — так назвали этот коэффициент. Если взять два проводника с одинаковым сечением и длиной и поставить их в цепь по очереди, то, измеряя силу тока и сопротивление, можно увидеть, что в двух случаях эти показатели будут разными. Таким образом, удельное электрическое сопротивление — это характеристика материала, из которого сделан проводник, а если быть еще более точным, то вещества.

Проводимость и сопротивление

У.с. показывает способность вещества препятствовать прохождению тока. Но в физике есть и обратная величина — проводимость. Она показывает способность проводить электрический ток. Выглядит она так:

σ=1/ρ, где ρ — это и есть удельное сопротивление вещества.

Если говорить о проводимости, то она определяется характеристиками носителей зарядов в этом веществе. Так, в металлах есть свободные электроны. На внешней оболочке их не больше трех, и атому выгоднее их «отдать», что и происходит при химических реакциях с веществами из правой части таблицы Менделеева. В ситуации же, когда мы располагаем чистым металлом, он имеет кристаллическую структуру, в которой эти наружные электроны общие. Они-то и переносят заряд, если приложить к металлу электрическое поле.

В растворах носителями заряда являются ионы.

Если говорить о таких веществах, как кремний, то по своим свойствам он является полупроводником и работает несколько по иному принципу, но об этом позже. А пока разберемся, чем же отличаются такие классы веществ, как:

Проводники;
Полупроводники;
Диэлектрики.

Проводники и диэлектрики

Есть вещества, которые ток почти не проводят. Они называются диэлектриками. Такие вещества способны поляризоваться в электрическом поле, то есть их молекулы могут поворачиваться в этом поле в зависимости от того, как распределены в них электроны . Но поскольку электроны эти не являются свободными, а служат для связи между атомами, ток они не проводят.

Проводимость диэлектриков почти нулевая, хотя идеальных среди них нет (это такая же абстракция, как абсолютно черное тело или идеальный газ).

Условной границей понятия «проводник» является ρ

Между этими двумя классами существуют вещества, называемые полупроводниками. Но выделение их в отдельную группу веществ связано не столько с их промежуточным состоянием в линейке «проводимость — сопротивление», сколько с особенностями этой проводимости в различных условиях.

Зависимость от факторов внешней среды

Проводимость — не совсем постоянная величина. Данные в таблицах, откуда берут ρ для расчетов, существуют для нормальных условий среды, то есть для температуры 20 градусов. В реальности для работы цепи сложно подобрать такие идеальные условия; фактически у.с. (а стало быть, и проводимость) зависят от следующих факторов:

температура;
давление;
наличие магнитных полей;
свет;
агрегатное состояние.

Разные вещества имеют свой график изменения этого параметра в разных условиях. Так, ферромагнетики (железо и никель) увеличивают его при совпадении направления тока с направлением силовых линий магнитного поля. Что касается температуры, то зависимость здесь почти линейная (существует даже понятие температурного коэффициента сопротивления, и это тоже табличная величина). Но направление этой зависимости различно: у металлов оно повышается с повышением температуры, а у редкоземельных элементов и растворов электролитов увеличивается — и это в пределах одного агрегатного состояния.

У полупроводников зависимость от температуры не линейная, а гиперболическая и обратная: при повышении температуры их проводимость увеличивается. Это качественно отличает проводники от полупроводников. Вот так выглядит зависимость ρ от температуры у проводников:

Здесь представлены удельное сопротивление меди, платины и железа. Немного другой график у некоторых металлов, например, ртути — при понижении температуры до 4 К она теряет его почти полностью (такое явление называется сверхпроводимостью).

А для полупроводников эта зависимость будет примерно такая:

При переходе в жидкое состояние ρ металла увеличивается, а вот дальше все они ведут себя по-разному. Например, у расплавленного висмута оно ниже, чем при комнатной температуре, а у меди — в 10 раз выше нормального. Никель выходит из линейного графика еще при 400 градусах, после чего ρ падает.

Зато у вольфрама температурная зависимость настолько высока, что это становится причиной перегорания ламп накаливания. При включении ток нагревает спираль, и ее сопротивление увеличивается в несколько раз.

Также у. с. сплавов зависит от технологии их производства. Так, если мы имеем дело с простой механической смесью, то сопротивление такого вещества можно посчитать по среднему, а вот оно же у сплава замещения (это когда два и более элемента складываются в одну кристаллическую решетку) будет иным, как правило, куда большим. Например, нихром, из которого делают спирали для электроплиток, имеет такую цифру этого параметра, что этот проводник при включении в цепь греется до красноты (из-за чего, собственно, и используется).

Вот характеристика ρ углеродистых сталей:

Как видно, при приближении к температуре плавления оно стабилизируется.

Удельное сопротивление различных проводников

Как бы то ни было, а при расчетах используется ρ именно в нормальных условиях. Приведем таблицу, по которой можно сравнить эту характеристику у разных металлов:

Как видно из таблицы, лучший проводник — это серебро.-7 Ом · м.

Разница между у. с. различных проводников определяет и их применение. Так, медь и алюминий массово применяются при производстве кабеля, а золото и серебро — в качестве контактов в ряде радиотехнических изделий. Высокоомные проводники нашли свое место среди производителей электроприборов (точнее, они и создавались для этого).

Изменчивость этого параметра в зависимости от условий внешней среды легла в основу таких приборов, как датчики магнитного поля, терморезисторы, тензодатчики, фоторезисторы.

На опыте установлено, что сопротивление R металлического проводника прямо пропорционально его длине L и обратно пропорционально площади его поперечного сечения А :

R = ρL/А (26.4)

где коэффициент ρ называется удельным сопротивлением и служит характеристикой вещества, из которого изготовлен проводник. Это соответствует здравому смыслу: сопротивление толстого провода должно быть меньше, чем тонкого, поскольку в толстом проводе электроны могут перемещаться по большей площади. И можно ожидать роста сопротивления с увеличением длины проводника, так как увеличивается количество препятствий на пути потока электронов.

Типичные значения ρ для разных материалов приведены в первом столбце табл. 26.2. (Реальные значения зависят от чистоты вещества, термической обработки, температуры и других факторов.)

Таблица 26.2. Удельное сопротивление и температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (при 20 °С)
Вещество	ρ ,Ом·м	ТКС α ,°C -1
Проводники
Серебро	1,59·10 -8	0,0061
Медь	1,68·10 -8	0,0068
Алюминий	2,65·10 -8	0,00429
Вольфрам	5,6·10 -8	0,0045
Железо	9,71·10 -8	0,00651
Платина	10,6·10 -8	0,003927
Ртуть	98·10 -8	0,0009
Нихром (сплав Ni, Fe, Сг)	100·10 -8	0,0004
Полупроводники 1)
Углерод (графит)	(3-60)·10 -5	-0,0005
Германий	(1-500)·10 -5	-0,05
Кремний	0,1 — 60	-0,07
Диэлектрики
Стекло	10 9 — 10 12
Резина твердая	10 13 — 10 15
1) Реальные значения сильно зависят от наличия даже малого количества примесей.

Самым низким удельным сопротивлением обладает серебро, которое оказывается, таким образом, наилучшим проводником; однако оно дорого. Немногим уступает серебру медь; ясно, почему провода чаще всего изготовляют из меди.

Удельное сопротивление алюминия выше, чем у меди, однако он имеет гораздо меньшую плотность, и в некоторых случаях ему отдают предпочтение (например, в линиях электропередач), поскольку сопротивление проводов из алюминия той же массы оказывается меньше, чем у медных. Часто пользуются величиной, обратной удельному сопротивлению:

σ = 1/ρ (26.5)

σ называемой удельной проводимостью. Удельная проводимость измеряется в единицах (Ом·м) -1 .

Удельное сопротивление вещества зависит от температуры. Как правило, сопротивление металлов возрастает с температурой. Этому не следует удивляться: с повышением температуры атомы движутся быстрее, их расположение становится менее упорядоченным, и можно ожидать, что они будут сильнее мешать движению потока электронов. В узких диапазонах изменения температуры удельное сопротивление металла увеличивается с температурой практически линейно:

где ρ T — удельное сопротивление при температуре Т , ρ 0 — удельное сопротивление при стандартной температуре Т 0 , а α — температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Значения а приведены в табл. 26.2. Заметим, что у полупроводников ТКС может быть отрицательным. Это очевидно, поскольку с ростом температуры увеличивается число свободных электронов и они улучшают проводящие свойства вещества. Таким образом, сопротивление полупроводника с повышением температуры может уменьшаться (хотя и не всегда).

Значения а зависят от температуры, поэтому следует обращать внимание на диапазон температур, в пределах которого справедливо данное значение (например, по справочнику физических величин). Если диапазон изменения температуры окажется широким, то линейность будет нарушаться, и вместо (26.6) надо использовать выражение, содержащее члены, которые зависят от второй и третьей степеней температуры:

ρ T = ρ 0 (1+αТ + + βТ 2 + γТ 3),

где коэффициенты β и γ обычно очень малы (мы положили Т 0 = 0°С), но при больших Т вклад этих членов становится существенным.

При очень низких температурах удельное сопротивление некоторых металлов, а также сплавов и соединений падает в пределах точности современных измерений до нуля. Это свойство называют сверхпроводимостью; впервые его наблюдал нидерландский физик Гейке Камер-линг-Оннес (1853-1926) в 1911 г. при охлаждении ртути ниже 4,2 К. При этой температуре электрическое сопротивление ртути внезапно падало до нуля.

Сверхпроводники переходят в сверхпроводящее состояние ниже температуры перехода, составляющей обычно несколько градусов Кельвина (чуть выше абсолютного нуля). Наблюдался электрический ток в сверхпроводящем кольце, который практически не ослабевал в отсутствие напряжения в течение нескольких лет.

В последние годы сверхпроводимость интенсивно исследуется с целью выяснить ее механизм и найти материалы, обладающие сверхпроводимостью при более высоких температурах, чтобы уменьшить стоимость и неудобства, обусловленные необходимостью охлаждения до очень низких температур. Первую успешную теорию сверхпроводимости создали Бардин, Купер и Шриффер в 1957 г. Сверхпроводники уже используются в больших магнитах, где магнитное поле создается электрическим током (см. гл. 28), что значительно снижает расход электроэнергии. Разумеется, для поддержания сверхпроводника при низкой температуре тоже затрачивается энергия.

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

14.04.2018

В качестве токопроводящих частей в электроустановках применяют проводники из меди, алюминия, их сплавов и железа (стали).

Медь является одним из лучших токопроводящих материалов. Плотность меди при 20°С 8,95 г/см 3 , температура плавления 1083° С. Медь химически мало активна, но легко растворяется в азотной кислоте, а в разбавленной соляной и серной кислотах растворяется только в присутствии окислителей (кислорода). На воздухе медь быстро покрывается тонким слоем окиси темного цвета, но это окисление не проникает в глубь металла и служит защитой от дальнейшей коррозии. Медь хорошо поддается ковке и прокатке без нагрева.

Для изготовления применяется электролитическая медь в слитках, содержащих 99,93% чистой меди.

Электропроводность меди сильно зависит от количества и рода примесей и в меньшей степени от механической и термической обработки. при 20° С составляет 0,0172-0,018 ом х мм2/м.

Для изготовления проводников применяют мягкую, полутвердую или твердую медь с удельным весом соответственно 8,9, 8,95 и 8,96 г/см 3 .

Для изготовления деталей токоведущих частей широко используется медь в сплавах с другими металлами . Наибольшее применение получили следующие сплавы.

Латуни — сплав меди с цинком, с содержанием в сплаве не менее 50% меди, с присадкой других металлов. латуни 0,031 — 0,079 ом х мм2/м. Различают латунь — томпак с содержанием меди более 72% (обладает высокой пластичностью, антикоррозионным и антифрикционными свойствами) и специальные латуни с присадкой алюминия, олова, свинца или марганца.

Контакт из латуни

Бронзы — сплав меди с оловом с присадкой различных металлов. В зависимости от содержания в сплаве главного компонента бронзы называют оловянистыми, алюминиевыми, кремниевыми, фосфористыми, кадмиевыми. Удельное сопротивление бронзы 0,021 — 0,052 ом х мм 2 /м.

Латуни и бронзы отличаются хорошими механическими и физико-химическими свойствами. Они легко обрабатываются литьем и давлением, устойчивы против атмосферной коррозии.

Алюминий — по своим качествам второй после меди токопроводящий материал. Температура плавления 659,8° С. Плотность алюминия при температуре 20° — 2,7 г/см 3 . Алюминий легко отливается и хорошо обрабатывается. При температуре 100 — 150° С алюминий ковок и пластичен (может быть прокатан в листы толщиной до 0,01 мм).

Электропроводность алюминия сильно зависит от примесей и мало от механической и тепловой обработки. Чем чище состав алюминия, тем выше его электропроводность и лучше противодействие химическим воздействиям. Обработка, прокатка и отжиг значительно влияют на механическую прочность алюминия. При холодной обработке алюминия увеличивается его твердость, упругость и прочность на растяжение. Удельное сопротивление алюминия при 20° С 0,026 — 0,029 ом х мм 2 /м.

При замене меди алюминием сечение проводника должно быть увеличено в отношении проводимостей, т. е. в 1,63 раза.

При равной проводимости алюминиевый проводник будет в 2 раза легче медного.

Для изготовления проводников применяют алюминий, содержащий не менее 98% чистого алюминия, кремния не более 0,3%, железа не более 0,2%

Для изготовления деталей токоведущих частей используют алюминиевые сплавы с другими металлами , например: Дюралюмины — сплав алюминия с медью и марганцем.

Силумин — легкий литейный сплав из алюминия с примесью кремния, магния, марганца.

Алюминиевые сплавы обладают хорошими литейными свойствами и высокой механической прочностью.

Наибольшее применение в электротехнике получили следующие алюминиевые сплавы :

Алюминиевый деформируемый сплав марки АД, имеющий алюминия не менее 98,8 и прочих примесей до 1,2.

Алюминиевый деформируемый сплав марки АД1 , имеющий алюминия не менее 99,3 н прочих примесей до 0,7.

Алюминиевый деформируемый сплав марки АД31 , имеющий алюминия 97,35 — 98,15 и прочих примесей 1,85 -2,65.

Сплавы марок АД и АД1 применяются для изготовления корпусов и плашек аппаратных зажимов. Из сплава марки АД31 изготовляют профили и шины, применяемые для электрических токопроводов.

Изделия из алюминиевых сплавов в результате термической обработки приобретают высокие пределы прочности н текучести (ползучести).

Железо — температура плавления 1539°С. Плотность железа — 7,87. Железо растворяется в кислотах, окисляется галогенами и кислородом.

В электротехнике применяют стали различных марок, например:

Углеродистые стали — ковкие сплавы железа с углеродом и с другими металлургическими примесями.

Удельное сопротивление углеродистых сталей 0,103 — 0,204 ом х мм 2 /м.

Легированные стали — сплавы с дополнительно вводимыми в углеродистую сталь присадками хрома, никеля и других элементов.

Стали обладают хорошими.

В качестве добавок в сплавы, а также для изготовления припоев и осуществления токопроводящих металлов широко применяют:

Кадмий — ковкий металл. Температура плавления кадмия 321°С. Удельное сопротивление 0,1 ом х мм 2 /м. В электротехнике кадмий применяется для приготовления легкоплавких припоев и для защитных покрытий (кадмировання) поверхности металлов. По своим антикоррозийным свойствам кадмий близок к цинку, но кадмиевые покрытия менее пористы и наносятся более тонким слоем, чем цинковые.

Никель — температура плавления 1455°С. Удельное сопротивление никеля 0,068 — 0,072 ом х мм 2 /м. При обычной температуре не окисляется кислородом воздуха. Никель применяется в сплавах и для защитного покрытия (никелирования) поверхности металлов.

Олово — температура плавления 231,9°С. Удельное сопротивление олова 0,124 — 0,116 ом х мм 2 /м. Олово применяется для пайки защитного покрытия (лужения) металлов в чистом виде и в виде сплавов с другими металлами.

Свинец — температура плавления 327,4°С. Удельное сопротивление 0,217 — 0,227 ом х мм 2 /м. Свинец применяется в сплавах с другими металлами как кислотоупорный материал. Добавляется в паяльные сплавы (припои).

Серебро — очень ковкий, тягучий металл. Температура плавления серебра 960,5°С. Серебро — лучший проводник тепла и электрического тока . Удельное сопротивление серебра 0,015 — 0,016 ом х мм 2 /м. Серебро применяется для защитного покрытия (серебрения) поверхности металлов.

Сурьма — блестящий хрупкий металл, температура плавления 631°С. Сурьма применяется в виде добавок в паяльные сплавы (припои).

Хром — твердый, блестящий металл. Температура плавления 1830°С. На воздухе при обычной температуре не изменяется. Удельное сопротивление хрома 0,026 ом х мм 2 /м. Хром применяется в сплавах и для защитного покрытия (хромирования) металлических поверхностей.

Цинк — температура плавления 419,4°С. Удельное сопротивление цинка 0,053 — 0,062 ом х мм 2 /м. Во влажном воздухе цинк окисляется, покрываясь слоем окиси, являющимся защитным по отношению к последующим химическим воздействиям. В электротехнике цинк применяется в качестве добавок в сплавы и припои, а также для защитного покрытия (цинкования) поверхностей металлических деталей.

Как только электричество покинуло лаборатории учёных и стало широко внедряться в практику повседневной жизни, встал вопрос о поиске материалов, обладающих определёнными, порой совершенно противоположными, характеристиками по отношению к протеканию через них электрического тока.

Например, при передаче электрической энергии на дальнее расстояние, к материалу проводов предъявлялись требования минимизации потерь из-за джоулева нагрева в сочетании с малыми весовыми характеристиками. Примером тому являются всем знакомые высоковольтные линии электропередач, выполненные из алюминиевых проводов со стальным сердечником.

Или, наоборот, для создания компактных трубчатых электронагревателей требовались материалы с относительно высоким электрическим сопротивлением и высокой термостойкостью. Простейшим примером прибора, в котором применяются материалы с подобными свойствами, может служить конфорка обыкновенной кухонной электроплиты.

От проводников, используемых в биологии и медицине в качестве электродов, зондов и щупов, требуется высокая химическая устойчивость и совместимость с биоматериалами в сочетании с малым контактным сопротивлением.

К разработке такого ныне привычного всем прибора, как лампа накаливания, свои усилия приложила целая плеяда изобретателей из разных стран: Англии, России, Германии, Венгрии и США. Томас Эдисон, проведя более тысячи опытов проверки свойств материалов, подходящих на роль нитей накала, создал лампу с платиновой спиралью. Лампы Эдисона, хотя и имели высокий срок эксплуатации, но не были практичными из-за высокой стоимости исходного материала.

Последующие работы русского изобретателя Лодыгина, предложившего использовать в качестве материалов нити относительно дешёвые тугоплавкие вольфрам и молибден с более высоким удельным сопротивлением, нашли практическое применение. К тому же Лодыгин предложил откачивать из баллонов ламп накаливания воздух, заменяя его инертными или благородными газами, что привело к созданию современных ламп накаливания. Пионером массового производства доступных и долговечных электрических ламп стала компания General Electric, которой Лодыгин переуступил права на свои патенты и далее успешно работал в лабораториях компании долгое время.

Этот перечень можно продолжать, поскольку пытливый человеческий ум настолько изобретателен, что порой для решения определённой технической задачи ему нужны материалы с невиданными доселе свойствами или с невероятными сочетаниями этих свойств. Природа уже не успевает за нашими аппетитами и учёные всех стран мира включились в гонку создания материалов, не имеющих природных аналогов.

Оно представляет собой преднамеренное соединение кожуха или корпуса электроустройств с защитным заземляющим устройством. Обычно заземление выполняется в виде зарытых в землю на глубину более 2,5 метра стальных или медных полос, труб, стержней или уголков, которые в случае аварии обеспечивают протекание тока по контуру устройство — корпус или кожух — земля — нулевой провод источника переменного тока. Сопротивление этого контура должно быть не более 4 Ом. В этом случае напряжение на корпусе аварийного устройства снижается до безопасного для человека величин, а автоматические устройства защиты электрической цепи тем или иным способом производят отключение аварийного устройства.

При расчёте элементов защитного заземления существенную роль играет знание удельного сопротивления грунтов, которое может варьироваться в широких пределах.

Сообразуясь с данными справочных таблиц, выбирается площадь заземляющего устройства, по ней вычисляется количество заземляющих элементов и собственно конструкция всего устройства. Соединение элементов конструкции устройства защитного заземления производится сваркой.

Электротомография

Электроразведка изучает приповерхностную геологическую среду, применяется для поиска рудных и нерудных полезных ископаемых и других объектов на основе исследования различных искусственных электрических и электромагнитных полей. Частным случаем электроразведки является электротомография (Electrical Resistivity Tomography) — метод определения свойств горных пород по их удельному сопротивлению.

Суть метода заключается в том, что при определённом положении источника электрического поля проводятся замеры напряжения на различных зондах, затем источник поля перемещают в другое место или переключают на другой источник и повторяют измерения. Источники поля и зонды-приёмники поля размещают на поверхности и в скважинах.

Затем полученные данные обрабатываются и интерпретируются с помощью современных компьютерных методов обработки, позволяющих визуализировать информацию в виде двухмерных и трёхмерных изображений.

Являясь очень точным методом поиска, электротомография оказывает неоценимую помощь геологам, археологам и палеозоологам.

Определение формы залегания месторождений полезных ископаемых и границ их распространения (оконтуривание) позволяет выявить залегание жильных залежей полезных ископаемых, что существенно снижает затраты на их последующую разработку.

Археологам этот метод поиска даёт ценную информацию о расположении древних захоронений и наличия в них артефактов, тем самым сокращая затраты на раскопки.

Палеозоологи с помощью электротомографии ищут окаменевшие останки древних животных; результаты их работ можно увидеть в музеях естественных наук в виде поражающих воображение реконструкций скелетов доисторической мегафауны.

Кроме того, электротомография применяется при возведении и при последующей эксплуатации инженерных сооружений: высотных зданий, плотин, дамб, насыпей и других.

Определения удельного сопротивления на практике

Порой для решения практических задач перед нами может встать задача определения состава вещества, например, проволоки для резака пенополистирола. Имеем два мотка проволоки подходящего диаметра из различных неизвестных нам материалов. Для решения задачи необходимо найти их удельное электрическое сопротивление и далее по разнице найденных значений или по справочной таблице определить материал проволоки.

Отмерим рулеткой и отрежем по 2 метра проволоки от каждого образца. Определим диаметры проволок d₁ и d₂ микрометром. Включив мультиметр на нижний предел измерения сопротивлений, измеряем сопротивление образца R₁. Повторяем процедуру для другого образца и также измеряем его сопротивление R₂.

Учтём, что площадь поперечного сечения проволок рассчитывается по формуле

S = π ∙ d 2 /4

Теперь формула для расчёта удельного электрического сопротивления будет выглядеть следующим образом

ρ = R ∙ π ∙ d 2 /4 ∙ L

Подставляя полученные значения L, d₁ и R₁ в формулу для расчёта удельного сопротивления, приведенную в статье выше, вычисляем значение ρ₁ для первого образца.

ρ 1 = 0,12 ом мм 2 /м

Подставляя полученные значения L, d₂ и R₂ в формулу, вычисляем значение ρ₂ для второго образца.

ρ 2 = 1,2 ом мм 2 /м

Из сравнения значений ρ₁ и ρ₂ со справочными данными вышеприведенной Таблицы 2, делаем вывод, что материалом первого образца является сталь, а второго — нихром, из которого и изготовим струну резака.

Называют возможность металла пропускать сквозь себя заряженный ток. В свою очередь, сопротивлением называется одна из характеристик материала. Чем больше электрическая резистентность при заданном напряжении, тем меньшей будет Оно характеризует силу противодействия проводника направленному вдоль него движению заряженных электронов. Поскольку свойство пропускания электричества — это величина, обратная сопротивлению, значит выражаться в виде формул оно будет как отношение 1/R.

Удельное сопротивление всегда зависит от качества материала, который используют при изготовлении устройств. Его измеряют, отталкиваясь от параметров проводника, обладающего длиной 1 метр, а также площадью сечения 1 квадратный миллиметр. Например, свойство удельной резистентности для меди всегда равно 0,0175 Ом, для алюминия — 0,029, железа — 0,135, константана — 0,48, нихрома — 1-1,1. Удельное сопротивление стали равно числу 2*10-7 Ом.м

Противодействие току прямо пропорционально длине проводника, по которому он движется. Чем больше длина устройства, тем выше показатель сопротивления. Усвоить эту зависимость будет проще, если представить две воображаемых пары сообщающихся между собой сосудов. У одной пары приборов соединяющая трубка пусть остаётся тоньше, а у другой — толще. При заполнении водой обеих пар переход жидкости в по толстой трубке получится гораздо быстрее, потому что она окажет меньшее сопротивление перетеканию воды. По этой аналогии для ему проще пройти вдоль толстого проводника, чем тонкого.

Удельное сопротивление, как единица СИ, измеряется показателем Ом.м. Проводимость зависит от средней длины свободного пролёта заряженных частиц, которая характеризуется структурой материала. Металлы без примесей, у которых наиболее правильная имеют наименьшие значения противодействия. И наоборот, примеси искажают решётку, чем увеличивают его показатели. Удельное сопротивление металлов расположено в узком диапазоне значений при нормальной температуре: от серебра с 0,016 и до 10 мкОм.м (сплавы железа и хрома с алюминием).

На особенности движения заряженных

электронов в проводнике оказывает влияние температура, поскольку при её увеличении возрастает амплитуда волновых колебаний существующих ионов и атомов. В результате электронам остаётся меньше свободного пространства для нормального хода в кристаллической решётке. А это означает, что препятствие упорядоченному передвижению возрастает. Удельное сопротивление любого проводника по обыкновению линейно возрастает с ростом температуры. А для полупроводников, наоборот, характерно уменьшение с увеличением градусов, так как из-за этого высвобождается много зарядов, создающих непосредственно электрический ток.

Процесс охлаждения некоторых металлических проводников заведомо до нужной температуры доводит их удельное сопротивление до скачкообразного состояния и падает до нуля. Такое явление открыли в 1911 году и назвали сверхпроводимостью.

лекции по курсу Электротехнические материалы

Проводниковые материалы

6.1. Общие свойства проводников. Температурный коэффициент сопротивления, потери, нагрев проводников.

6.2. Материалы для проводов. Медь. Алюминий.

6.3. Материалы для контактов.

6.4. Материалы с малым температурным коэффициентом сопротивления. Материалы для термопар.

Хотя, как известно, электроэнергия передается не по проводникам, а по диэлектрическому пространству между проводниками, тем не менее, проводники необходимы для направления потоков этой энергии.

6.1. Общие свойства проводников. Температурный коэффициент сопротивления, потери, нагрев проводников.

в начало лекции

Основная характеристика проводника — это его электропроводность.

Как известно, и мы рассматривали этот вопрос на 2 лекции, в любом теле при приложении напряжения должен протекать ток в соответствии с выражением, определяющим плотность тока

(6.1)

Здесь n_i — концентрация носителей заряда i-ого сорта, q_i — значение заряда, v_i — скорость заряда. Для металлов носителями заряда являются электроны. Примерное количество электронов в металле составляет около 10²² шт/см³. Если оценить концентрацию атомов типичного металла, то она составит примерно те же значения. Это означает, что все атомы ионизованы и электроны не принадлежат каждому атому, а обобществлены во всем кристалле. Классическая теория металлов рассматривала электроны как идеальный газ, частицы которого сталкиваются с дефектами решетки, колебаниями атомов, за счет чего их скорость остается ограниченной в электрическом поле. До столкновения электрон должен ускоряться в течение времени t. Можно показать, что длина свободного пробега, из классической механики, составит

(6.2.)

Заряд, который протекает через единичную площадку в течение времени t заполняет цилиндр длиной l с плотностью n. Приравнивая l n произведению плотности тока на длительность t, получим.

J =

(6.3.)

Из этого выражения следует закон Ома для металлов, выражение для удельной электропроводности будет иметь вид

(6.4.)

Если те же операции провести для переноса тепла электронным газом, то значение удельной теплопроводности k составит

(6.5)

Здесь k — постоянная Больцмана, Т — температура. Отсюда можно получить, что известная из практики закономерность, что чем больше электропроводность металла, тем больше его теплопроводность имеет под собой теоретическое обоснование. Действительно, поделив выражение (6.5) на (6.4.) и дополнительно разделив на Т получим, т.н. число Лоренца

L =k ¤ (s×Т) = 3(k/e)²,

т.е. теплопроводность и электропроводность пропорциональны друг другу. Действительно, измеренные числа Лоренца для разных металлов слабо отличаются друг от друга.

Экспериментальные значения удельной электропроводности металлов, по порядку величины составляют (10⁸ — 10⁷) См/м.

Для практики важно, что электропроводность металлов зависит от температуры. Экспериментально установлено в ряде случаев, что эта зависимость близка к линейной зависимости. Обычно ее приводят в виде температурной зависимости удельного сопротивления.

r(T)= r(T₀)(1+ TКr(T-T₀)) (6.6)

Здесь r( T₀) — удельное сопротивление при какой—то температуре T₀, обычно это 20°С. TКr — температурный коэффициент удельного сопротивления. Он имеет размерность 1/К (или 1/°С), для металлов TКr всегда положителен. Оценим значимость этого фактора — температурной зависимости удельного сопротивления. Например для меди он составляет 4.3×10^-3 1/К, что означает, что сопротивление удвоится при увеличении температуры на 232 градуса.

Для электрических проводов значение удельного сопротивления является самым важным фактором. Он определяет удельную мощность потерь электроэнергии в проводах, т.е. мощность в единице объема провода

р_потерь= j²×r (6.7.)

Проведем оценку для энерговыделения, например определим, через какое время материал проводов нагреется на 1 градус. Взяв в качестве материала проводов алюминий, r =2.8×10^-8 Ом·м, для плотности тока возьмем два значения j=10-100 А/мм². Получим для удельной мощности потерь р_потерь= (2.8-280) МВт/м³. Много это или мало? Мощность Новосибирской ГЭС составляет около 500 МВт в период максимальной мощности. Насколько быстро при этом нагреваются провода? Сопоставим с известным выражением для тепловой мощности, требуемой для нагрева материала dQ/dt=cddT/dt, где d -плотность материала d=2.7 10³ кг/м³, с- теплоемкость, с= 386 Дж/(кг×К). Приравнивая тепловую мощность электрической мощности потерь получим

dT/dt~ (2-200) K/с

Нижняя граница, при j = 10 А/мм² означает, что провод может нагреться примерно на 2 градуса за 1 секунду, верхняя - на 200 градусов за 1 секунду. Ясно, что второе значение плотности представляется слишком большим.

Выражение (6.7) можно привести к измеряемым величинам: току I и площади сечения провода S, пересчитав его на потери в проводе, на единице его длины (1 м)

Р_потери= I²×r/S²

В зависимости от плотности тока в проводах потери могут сильно различаться. Ясно, что при пропускании определенной мощности по линии электропередач, например для трехфазной линии Р = 3U_aI_, чем больше напряжение сети, тем больше мощность при том же значении тока. Поскольку потери определяются током, а передаваемая мощность произведением тока на напряжение, то выгоднее переходить на более высокие классы напряжения. Поэтому переходят на все более высокие напряжения, чтобы относительно меньшая доля энергии терялась в проводах. Однако, как будет рассказано в лекции по диэлектрическим характеристикам воздуха, невозможно бесконечно повышать напряжение.

Ясно также, что чем больше ток, тем больше мощность, причем зависимость линейная. Однако с ростом тока потери энергии растут квадратично, т.е. гораздо сильнее, чем рост передаваемой мощности. Увеличение площади сечения провода ослабляет проблему, но, с другой стороны, происходит увеличение стоимости строительства линии электропередач, т.к. стоимость цветного металла проводов значительна. Кроме того, увеличение веса проводов влечет увеличение массы опор, усложнение монтажа и т.п. В результате компромисса между увеличением потерь и увеличением строительства договорились рассчитывать провода линии на определенную компромиссную плотность тока, т.н. экономическую плотность тока. Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ), для меди она составляет 2,5 А/мм² в случае открытых проводов при эксплуатации 1000-3000 часов в год, и снижается до 1.8 А/мм² при эксплуатации свыше 5000 в год. Для алюминия все цифры примерно в два раза ниже. Для кабелей все определяется условиями теплоотвода через изоляцию и оболочку кабелей, в ПУЭ допустимая плотность тока нормируется для каждого вида кабелей отдельно, как правило допустимая плотность тока еще ниже.

6.2. Материалы для проводов. Медь, алюминий.

в начало лекции

Из проводниковых материалов с высокой тепло- и электро- проводностью самым замечательным материалом для проводов было бы серебро. Его удельное сопротивление при комнатной температуре составляет примерно 1.4×10^-8 Ом×м, теплопроводность 418 Вт/(м×К). Однако этот материал слишком дорог и редок, поэтому серебро используют только для ответственных контактов, т.к. оно не только идеальный проводник, но и не окисляется в процессе работы, значит не ухудшаются свойства контакта со временем. Отметим, что другие, более привычные проводники, такие как медь или алюминий окисляются кислородом воздуха, превращаясь в непроводящие окислы, ухудшая или даже предотвращая омический контакт. Для проводов именно их и используют, потому что по электропроводности их можно поставить на 2-е и 3-е место после серебра.

Свойства меди.
Медь — мягкий материал красноватого оттенка.
Атомный номер — 29
Атомная масса — 63.7
Валентность 1 и 2
Плотность при 20 °С 8.89 т/м³
Удельное сопротивление при 20 °С 1.7 10^-8 Ом×м.
Температурный коэффициент сопротивления 4.3 10^-3 1/К
Теплоемкость 386 Дж/(кг×К)
Теплопроводность ~ 400 Вт/(м×К)
Температура плавления 1083 °С
Прочность при растяжении 200 МПа

Применение меди в энергетике достаточно широко - различные проводники, кабели, шнуры, шины, плавкие вставки, обмотки трансформаторов и катушек.

Свойства алюминия.
Алюминий — мягкий материал светло-серого цвета.
Атомный номер — 13
Атомная масса — 27
Валентность 3
Плотность при 20 °С 2.7 т/м³
Удельное сопротивление при 20 °С 2.8 10^-8Ом×м
Температурный коэффициент сопротивления 4 10^-3 1/К
Теплоемкость 950 Дж/(кг×К)
Теплопроводность ~ 200 Вт/(м×К)
Температура плавления 660 °С
Прочность при растяжении 80 МПа

Сопоставление этих материалов по наиболее важным для практики параметрам показывает, что они сильно отличаются по плотности, теплоемкости, прочности при растяжении. Любопытно, что произведение теплоемкости на плотность - мало отличается у этих материалов (~30%) Тот факт, что у алюминия мала механическая прочность вынуждает армировать алюминиевые провода стальными сердечниками. При этом ток протекает по алюминию (у стали удельное сопротивление примерно в 5-10 раз выше чем у алюминия), а механическую прочность обеспечивает сталь.

Для изготовления проводов используют алюминий, медь, бронзу, а также сочетания этих элементов со сталью. При сечении до 10-15 мм² обычно используют однопроволочные провода, при большем сечении — много проволочные, скрученные провода. Марки проводов А, АЖ, АН, АКП, АС, Б, БрФ, М, Мк и т.п. Наиболее популярные провода для ВЛ - сталеалюминиевые марки АС, например АС 95/16 означает, что в поперечном сечении 95 мм²алюминия и 16 мм²стали.

6.3. Материалы для контактов.

в начало лекции

Проводники в месте контакта отличаются от проводников в объеме проводов несколькими обстоятельствами их функционирования.

Во — первых, невозможно сделать площадь контакта такой же или большей, чем площадь сечения проводов. Поэтому плотность тока и энерговыделение всегда выше в области контакта. Во-вторых, в месте контакта возникают микропробои, а иногда и макропробои, переходящие в дугу (размыкание контактов выключателя) с локальным высоким энерговыделением, что приводит к деформации материала в области контакта, локальному расплавлению и т.п. В третьих, в контакте возникает трение при движении одной части контакта о другую. В четвертых, контактные поверхности в разомкнутом состоянии не должны взаимодействовать с окружающей средой. Поэтому материалы для контактов должны обладать особыми свойствами. Они должны быть стойкими против коррозии, стойкими против электрической эрозии и уноса материала, не свариваться, иметь высокую износостойкость на истирание, легко обрабатываться, притираться друг к другу, иметь высокую тепло и электропроводность, иметь невысокую стоимость.

Идеальных материалов для контактов — нет.

Для слаботочных контактов обычно используют благородные или тугоплавкие металлы: серебро, платину, палладий, золото, вольфрам и сплавы на основе этих металлов.

Серебро - недостатком серебра является образование непроводящих серых пленок сульфида серебра в результате взаимодействия с влажным сероводородом. Другим недостатком является сваривание контактов ввиду малой температуры плавления серебра 960 ºС. Для улучшения свойств в серебро добавляют кадмий, медь, золото, палладий или кремний.

Золото, само по себе, редко используется ввиду его мягкости, хотя оно абсолютно не окисляется. В месте контакта из-за мягкости металла легко образуется эрозия, иглы из металла , унос материала. Для улучшения свойств в золото добавляют серебро (до 50%), никель и цирконий, платину. В результате можно получить неокисляемые, твердые контакты со слабой эрозией.

Вольфрам является одним из распространенных контактных материалов. Он лучше всех противостоит дуговым разрядам, практически не сваривается, (благодаря высокой температуре плавления), не изнашивается (благодаря высокой твердости). Однако вольфрам не стоек против коррозии и окисления, лучше всего работает в вакууме, в атмосфере водорода или азота. Кроме того, для контактов с малым нажатием вольфрам неприменим.

Для сильноточных контактов чистые металлы не применимы. Для них используют т.н. псевдосплавы, получаемые методами порошковой металлургии.

Псевдосплав — спеченная смесь двух порошков, один из которых является более тугоплавким. При этом более легкоплавкая компонента может расплавиться в процессе работы, но наличие каркаса из тугоплавкой компоненты удерживает жидкость за счет капиллярных сил. Легкоплавкая компонента обычно является более тепло- и электропроводной. Используют следующие псевдосплавы:

серебро-окись кадмия, серебро-графит, серебро-никель, серебро-вольфрам, медь-графит, медь-вольфрам.

Для мощных цепей контакты делают накладными, на медь укрепляют пластины из Ag+W, либо Сu+W псевдосплава.

Для мощных размыкающих контактов с большими токами дуги (до 100 кА) используют медь-графит контакты. Они хуже свариваются, однако сильно изнашиваются под действием дуги. Псевдосплав с большим количеством графита (более 5%) используется в качестве щеток в скользящих контактах.

6.4. Материалы с малым температурным коэффициентом сопротивления. Материалы для термопар.

в начало лекции

Возвращаясь к температурному коэффициенту для проводниковых резистивных материалов следует упомянуть о существовании материалов с практически нулевым температурным коэффициентом сопротивления. Это манганин, материал для точных прецизионных резисторов, и константан. В самом названии константана заложена информация о постоянстве сопротивления. Состав манганина — марганец 11.5-13.5%, никель — 2.5-3.5%, остальное — медь. Состав константана - никель — 40%, марганец 1-2%, остальное — медь.

По составу родственными являются материалы, используемые для термопар. Это хромель - сплав никеля и хрома (90% Ni + 10% Cr), алюмель - сплав никеля (94%) с алюминием, кремнием и марганцем, копель — сплав меди с кобальтом и никелем. Используются также константан и платина. Если к концам проволочки из одного из таких материалов приварить проволочки из другого материала, получится термопара, а места спаев поддерживать при разной температуре, то на на разомкнутых концах проволочки появится ЭДС, так называемая термоЭДС. Это называется эффект Зеебека. Значение термоЭДС, в зависимости от сочетаний материалов составляет примерно 1-10 мВ при разнице температур 100 К. Если поместить один спай при известной температуре, то измерение возникающего напряжения позволяет определить температуру того места, где находится второй спай.

Омедненная витая пара | Официальный сайт ITK

Сегодня при реализации проекта создания СКС ITK^®, локально-вычислительных сетей или систем охранного видеонаблюдения активно применяются волоконно-оптические и витопарные кабели ITK^® различных конструкций. Качество кабеля витая пара, а именно об этом типе кабельной продукции пойдёт речь сегодня, определяется многими параметрами, которые регламентируются соответствующими нормативными документами: частотные характеристики, материал внешней оболочки и изоляции проводников, конструкция и тип токопроводящей жилы. Согласно требованиям ГОСТ 54429-2011 симметричные витопарные кабели для СКС и ШПД должны состоять из однопроволочных или многопроволочных токопроводящих жил, изготовленных из меди. Учитывая тот факт, что цена на медь как сырье для производства кабельной продукции (электротехническая медь) за последние два года выросла практически на 20%, законченные изделия из этого материала подорожали, а значит увеличилась и стоимость порта СКС.

Бытует мнение, что способами снижения расходов на организацию кабельной инфраструктуры здания являются уменьшение диаметра токопроводящей жилы, а также применение омеднённых витопарных кабелей, которые широко представлены на рынке. Действительно, на первый взгляд, использование омеднённых кабелей в качестве линейных сегментов несет определенную выгоду, так как стоимость стандартной упаковки 305 м кабеля с медными жилами примерно в 3,5 раза выше. Да и с точки зрения физических процессов всё на первый взгляд хорошо, в первую очередь из-за поверхностного эффекта, когда с увеличением частоты происходит вытеснение тока из внутренних слоёв проводника на его поверхность (Рисунок 1), иными словами, высокочастотный ток будет протекать в периферийной области проводника. Следовательно, достаточно взять проволоку, изготовленную из более доступного металла, и нанести на неё медный слой достаточной толщины методом плакирования или химического напыления (гальванизации). В итоге мы получаем кабель, на котором даже будет написано «категория 5е», но такая продукция не годится, когда речь заходит о структурированной кабельной системе, и вот почему.

Как известно, заключительным этапом построения СКС является проведение полевых испытаний специализированным прибором-тестером. Необходима данная процедура для того, чтобы определить соответствие параметров линии требованиям пределов, определяемых соответствующими кабельными стандартами, например, ISO 11801 или ГОСТ 53245-2008. В результате тестирования пользователь получает сформированный в автоматическом режиме отчёт, в который прибор включает важные параметры для витопарной линии. Проведённые в лаборатории ITK испытания кабельной продукции с медными и омеднёнными жилами показали, что омеднённые витопарные кабели могут соответствовать стандарту по ряду ключевых параметров, но если подойти к изучению вопроса более детально, то вырисовывается неудовлетворительная картина в области низких частот (примерно до 80 МГц из-за недостаточно выраженного поверхностного эффекта), параметрах сигнал/шум (ACR) и вносимых потерях (IL). Кроме того, электрическое сопротивление медных и алюминиевых проводников сечением 0,2 мм² (d=0,51 мм) и длиной 90 м отличается более чем в 1,5 раза, что особенно критично для такой технологии, как PoE (согласно стандартам 802.3af, 802.3at и 802.3bt для PoE допускается применение только медных витопарных кабелей).

Не стоит забывать и то, что существующие IDC-контакты адаптированы для подключения проводников с медными жилами, а это значит, что в процессе терминирования ножи контактов могут взаимодействовать как с медным слоем, так и с алюминиевым (а при недостаточной толщине медного напыления нож фактически будет иметь гальваническую связь только с алюминиевым проводником), что сводит на нет такие преимущества IDC-контакта, как герметичность, согласование импеданса и проявляемые диффузионные свойства. Иными словами, омеднённый кабель в проектах по СКС ITK^® применяться не может, так как данный элемент кабельной инфраструктуры не позволит предоставлять Заказчику гарантию на систему, которая рассчитана на длительный срок эксплуатации — 25 лет, даже если мы получим 100% PASS результатов при проведении сертификации СКС.

Но где же тогда можно использовать омеднённый кабель? Давайте разберёмся. Для начала следует напомнить, что на рынке представлено несколько типов омеднённых витопарных кабелей:

CCA — Cooper Clad (Coated) Aluminum, алюминий покрытый медным слоем;
CCS — Cooper Clad (Coated) Steel, сталь покрытая медным слоем.

В первом случае в качестве основного проводника, на который наносится медный слой, применяется алюминий, во втором случае — сталь. Следует заметить, что омеднённые кабели с проводниками, изготовленными по первому типу, являются наиболее распространёнными в силу несколько лучших механических характеристик (например, гибкость). Теперь разберёмся с терминологией «Clad» и «Coated». «Clad» означает плакирование — процесс совместного протягивания алюминиевой и медной заготовки, при которой в медную трубку закладывается алюминиевый пруток, после чего полученную биметаллическую заготовку нагревают и подвергают процессу волочения. При этом оба металлических слоя как бы спекаются. Полученная в результате плакирования проволока чаще всего содержит около 30% меди и 70% алюминия. «Coated» — покрытие проводника (алюминиевого) медью, при этом медный слой составляет порядка 8%, что существенно влияет на стоимость готового изделия, но ухудшает передаточные характеристики линий, смонтированных на данном типе кабеля. Как мы видим, не все омеднённые кабели одинаковые, но все представляют собой биметальную связку, которая отрицательно влияет на предсказуемость сети и её долговременную эксплуатацию.

Иными словами, при выполнении проектно-изыскательских и строительно-монтажных работ по реализации проектов СКС, систем охранного телевидения и контроля доступа следует использовать только кабели с медными токопроводящими жилами. Применение омеднённых кабелей будет оправдано только в случае инсталляции временных, коротких линий связи, при ограниченном бюджете, но даже в этом случае никто не сможет гарантировать правильную работу вашей сетевой инфраструктуры.

Подведём итог вышесказанному:

Кабельные системы здания, использующие витую пару для передачи информационных сообщений, должны строиться на кабелях с медными токопроводящими жилами.
Омеднённая витая пара не гарантирует исправную работу системы на протяжении всего срока эксплуатации.
Технология удалённого электропитания — PoE — не совместима с омеднёнными кабельными системами.
Применение омеднённой витой пары оправдано только в бюджетных низкоскоростных решениях без системного подхода.

Удельное сопротивление электротехнических материалов зависит. Удельное сопротивление меди и алюминия для расчетов

Электрический ток возникает в результате замыкания цепи с разностью потенциалов на зажимах. Силы поля воздействуют на свободные электроны и они перемещаются по проводнику. В процессе этого путешествия, электроны встречаются с атомами и передают им часть своей накопившейся энергии. В результате этого их скорость уменьшается. Но, из-за воздействия электрического поля, она снова набирает обороты. Таким образом, электроны постоянно испытывают на себе сопротивление, именно поэтому электрический ток нагревается.

Свойство вещества, превращать электроэнергию в тепло во время воздействия тока, и является электрическим сопротивлением и обозначается, как R, его измерительной единицей является Ом. Величина сопротивления зависит, главным образом от способности различных материалов проводить ток.
Впервые, о сопротивляемости заявил немецкий исследователь Г. Ом.

Для того, чтобы узнать зависимость силы тока от сопротивления, известный физик провел множество экспериментов. Для опытов он использовал различные проводники и получал различные показатели.
Первое, что определил Г. Ом — это то, что удельное сопротивление зависит от длинны проводника. То есть, если увеличивалась длинна проводника, сопротивление тоже увеличивалось. В результате, эта связь была определена, как прямо пропорциональная.

Вторая зависимость — это площадь поперечного сечения. Её можно было определить путем поперечного среза проводника. Площадь той фигуры, что образовалась на срезе и есть площадь поперечного сечения. Здесь связь получилась обратно пропорциональная. То есть чем больше была площадь поперечного сечения, тем меньше становилось сопротивление проводника.

И третья, важная величина, от которой зависит сопротивление, это материал. В результате того, что Ом использовал в опытах различные материалы, он обнаружил различные свойства сопротивляемости. Все эти опыты и показатели были сведены в таблицу из которой видно, различное значение удельной сопротивляемости у различных веществ.

Известно, что самые лучшие проводники — металлы. А какие из металлов лучшие проводники? В таблице показано, что наименьшей сопротивляемостью обладают медь и серебро. Медь используется чаще из-за меньшей стоимости, а серебро применяют в наиболее важных и ответственных приборах.

Вещества с высоким удельным сопротивлением в таблице, плохо проводят электрический ток, а значит могут быть прекрасными изоляционными материалами. Вещества обладающие этим свойством в наибольшей степени, это фарфор и эбонит.

Вообще, удельное электрическое сопротивление является очень важным фактором, ведь, определив его показатель, мы можем узнать из какого вещества сделан проводник. Для этого необходимо измерить площадь сечения, узнать силу тока с помощью вольтметра и амперметра, а также измерить напряжение. Таким образом мы узнаем значение удельного сопротивления и, с помощью таблицы легко выйдем на вещество. Получается, что удельное сопротивление — это в роде отпечатков пальцев вещества. Кроме этого, удельное сопротивление важно при планировании длинных электрических цепей: нам необходимо знать этот показатель, чтобы соблюдать баланс между длинной и площадью.

Есть формула, определяющая, что сопротивление равно 1 ОМ, если при напряжении 1В, его сила тока равняется 1А. То есть, сопротивление единичной площади и единичной длинны, сделанного из определенного вещества и есть удельное сопротивление.

Надо отметить также, что показатель удельного сопротивления напрямую зависит от частоты вещества. То есть от того имеет ли он примеси. Та, добавление всего одного процента марганца увеличивает сопротивляемость самого проводящего вещества — меди, в три раза.

Эта таблица демонстрирует величину удельного электрического сопротивления некоторых веществ.

Материалы с высокой проводимостью

Медь
Как мы уже говорили медь чаще всего применяется в качестве проводника. Это объясняется не только её низкой сопротивляемостью. Медь имеет такие преимущества, как высокая прочность, стойкость к коррозии, легкость в использовании и хорошая обрабатываемость. Хорошими марками меди считается М0 и М1. В них количество примесей не превышает 0,1%.

Высокая стоимость металла и его преобладающая в последнее время дефицитность побуждает производителей применять в качестве проводника алюминий. Также, используются сплавы меди с различными металлами.
Алюминий
Этот металл значительно легче меди, но алюминий обладает большими значениями теплоемкости и температуры плавления. В связи с этим для того, что довести его до расплавленного состояния требуется больше энергии, чем меди. Тем не менее нужно учитывать факт дефицитности меди.
В производстве электротехнических изделий применяется, как правило, алюминий марки А1. Он содержит не более 0,5% примесей. А металл наивысшей частоты — это алюминий марки АВ0000.
Железо
Дешевизна и доступность железа омрачается его высокой удельной сопротивляемостью. Кроме того, она быстро подвергается коррозии. По этой причине стальные проводники часто покрывают цинком. Широко используется так называемый биметалл — это сталь покрытая для защиты медью.
Натрий
Натрий, тоже доступный и перспективный материал, но его сопротивляемость почти в три раза больше меди. Кроме того, металлический натрий обладает высокой химической активностью, что обязывает покрывать такой проводник герметичной защитой. Она же должна защищать проводник от механических повреждений, так как натрий очень мягкий и достаточно непрочный материал.

Сверхпроводимость
В таблице ниже, указано удельное сопротивление веществ при температуре 20 градусов. Указание температуры неслучайно, ведь удельное сопротивление напрямую зависит от этого показателя. Это объясняется тем, что при нагревании, повышается и скорость атомов, а значит вероятность встречи их с электронами тоже увеличится.

Интересно, что происходит с сопротивляемостью в условиях охлаждения. Впервые поведение атомов при очень низких температурах заметил Г. Камерлинг-Оннес в 1911 году. Он охладил ртутную проволоку до 4К и обнаружил падение её сопротивляемости до нуля. Изменение показателя удельной сопротивляемости у некоторых сплавов и металлов в условиях низкой температуры, физик назвал сверхпроводимостью.

Сверхпроводники переходят в состояние сверхпроводимости при охлаждении, и, при этом их оптические и структурные характеристики не меняются. Главное открытие состоит в том, что электрические и магнитные свойства металлов в сверхпроводящем состоянии сильно отличаются от их же свойств в обычном состоянии, а также от свойств других металлов, которые при понижении температуры не могут переходить в это состояние.
Применение сверхпроводников осуществляется, главным образом, в получении сверхсильного магнитного поля, сила которого достигает 107 А/м. Также разрабатываются системы сверхпроводящих линий электропередач.

Виды удельного сопротивления

Так как сопротивление бывает:

активное — или омическое, резистивное, — происходящее от затрат электроэнергии на нагревание проводника (металла) при прохождении в нем электрического тока, и
реактивное — емкостное или индуктивное, — которое происходит от неизбежных потерь на создание всякими изменениями тока, проходящего через проводник электрических полей, то и удельное сопротивление проводника бывает двух разновидностей:

Удельное электрическое сопротивление постоянному току (имеющее резистивный характер) и
Удельное электрическое сопротивление переменному току (имеющее реактивный характер).

Здесь удельное сопротивление 2 типа является величиной комплексной, оно состоит из двух компонент ТП — активной и реактивной, так как резистивное сопротивление существует всегда при прохождении тока, независимо от его характера, а реактивное бывает только при любом изменении тока в цепях. В цепях постоянного тока реактивное сопротивление возникает только при переходных процессах, которые связаны с включением тока (изменение тока от 0 до номинала) или выключением (перепад от номинала до 0). И их учитывают обычно только при проектировании защиты от перегрузок.

В цепях же переменного тока явления, связанные с реактивными сопротивлениями, гораздо более многообразны. Они зависят не только от собственно прохождения тока через некоторое сечение, но и от формы проводника, причем зависимость не является линейной.

Дело в том, что переменный ток наводит электрическое поле как вокруг проводника, по которому протекает, так и в самом проводнике. И от этого поля возникают вихревые токи, которые дают эффект «выталкивания» собственно основного движения зарядов, из глубины всего сечения проводника на его поверхность, так называемый «скин-эффект» (от skin — кожа). Получается, вихревые токи как бы «воруют» у проводника его сечение. Ток течет в некотором слое, близком к поверхности, остальная толщина проводника остается неиспользуемой, она не уменьшает его сопротивление, и увеличивать толщину проводников просто нет смысла. Особенно на больших частотах. Поэтому для переменного тока измеряют сопротивления в таких сечениях проводников, где все его сечение можно считать приповерхностным. Такой провод называется тонким, его толщина равна удвоенной глубине этого поверхностного слоя, куда вихревые токи и вытесняют текущий в проводнике полезный основной ток.

Разумеется, уменьшением толщины круглых в сечении проводов не исчерпывается эффективное проведение переменного тока. Проводник можно утончить, но при этом сделать его плоским в виде ленты, тогда сечение будет выше, чем у круглого провода, соответственно, и сопротивление ниже. Кроме того, простое увеличение площади поверхности даст эффект увеличения эффективного сечения. Того же можно добиться, используя многожильный провод вместо одножильного, к тому же, многожилка по гибкости превосходит одножилку, что часто тоже бывает ценно. С другой стороны, принимая во внимание скин-эффект в проводах, можно сделать провода композитными, выполнив сердцевину из металла, обладающего хорошими прочностными характеристиками, например, стали, но невысокими электрическими. При этом поверх стали делается алюминиевая оплетка, имеющая меньшее удельное сопротивление.

Кроме скин-эффекта на протекание переменного тока в проводниках влияет возбуждение вихревых токов в окружающих проводниках. Такие токи называются токами наводки, и они наводятся как в металлах, не играющих роль проводки (несущие элементы конструкций), так и в проводах всего проводящего комплекса — играющих роль проводов других фаз, нулевых, заземляющих.

Все перечисленные явления встречаются во всех конструкциях, связанных с электричеством, это еще более усиливает важность иметь в своем распоряжении сводные справочные сведения по самым разным материалам.

Удельное сопротивление для проводников измеряется очень чувствительными и точными приборами, так как для проводки и выбираются металлы, имеющие самое низкое сопротивление -порядка ом *10 -6 на метр длины и кв. мм. сечения. Для измерения же удельного сопротивления изоляции нужны приборы, наоборот, имеющие диапазоны очень больших значений сопротивления — обычно это мегомы. Понятно, что проводники обязаны хорошо проводить, а изоляторы хорошо изолировать.

Таблица

Таблица удельных сопротивлений проводников (металлов и сплавов)
Материал провод-ника	Состав (для сплавов)	Удельное сопротивление ρ мом × мм 2 / м
Материал провод-ника	Состав (для сплавов)



	медь, цинк, олово, никель, свинец, марганец, железо и др.
Алюминий


Вольфрам

Молибден

	медь, олово, алюминий, кремний, бериллий, свинец и др. (кроме цинка)

	железо, углерод


	медь, никель, цинк
Манганин	медь, никель, марганец
Константан	медь, никель, алюминий


	никель, хром, железо, марганец


	железо, хром, алюминий, кремний, марганец

Железо как проводник в электротехнике

Железо — самый распространенный в природе и технике металл (после водорода, который металлом тоже является). Он и самый дешевый, и имеет прекрасные прочностные характеристики, поэтому применяется повсюду как основа прочности различных конструкций.

В электротехнике в качестве проводника железо используется в виде стальных гибких проводов там, где нужна физическая прочность и гибкость, а нужное сопротивление может быть достигнуто за счет соответствующего сечения.

Имея таблицу удельных сопротивлений различных металлов и сплавов, можно посчитать сечения проводов, выполненных из разных проводников.

В качестве примера попробуем найти электрически эквивалентное сечение проводников из разных материалов: проволоки медной, вольфрамовой, никелиновой и железной. За исходную возьмем проволоку алюминиевую сечением 2,5 мм.

Нам нужно, чтобы на длине в 1 м сопротивление провода из всех этих металлов равнялось сопротивлению исходной. Сопротивление алюминия на 1 м длины и 2,5 мм сечения будет равно

Где R – сопротивление, ρ – удельное сопротивление металла из таблицы, S – площадь сечения, L – длина.

Подставив исходные значения, получим сопротивление метрового куска провода алюминия в омах.

После этого разрешим формулу относительно S

Будем подставлять значения из таблицы и получать площади сечений для разных металлов.

Так как удельное сопротивление в таблице измерено на проводе длиной в 1 м, в микроомах на 1 мм 2 сечения, то у нас и получилось оно в микроомах. Чтобы получить его в омах, нужно умножить значение на 10 -6 . Но число ом с 6 нулями после запятой нам получать совсем не обязательно, так как конечный результат все равно находим в мм 2 .

Как видим, сопротивление железа достаточно большое, проволока получается толстая.

Но существуют материалы, у которых оно еще больше, например, никелин или константан.

Электрическое сопротивление — физическая величина, которая показывает, какое препятствие создается току при его прохождении по проводнику . Единицами измерения служат Омы, в честь Георга Ома. В своем законе он вывел формулу для нахождения сопротивления, которая приведена ниже.

Рассмотрим сопротивление проводников на примере металлов. Металлы имеют внутреннее строение в виде кристаллической решетки. Эта решетка имеет строгую упорядоченность, а её узлами являются положительно заряженные ионы. Носителями заряда в металле выступают “свободные” электроны, которые не принадлежат определенному атому, а хаотично перемещаются между узлами решетки. Из квантовой физики известно, что движение электронов в металле это распространение электромагнитной волны в твердом теле. То есть электрон в проводнике движется со скоростью света (практически), и доказано, что он проявляет свойства не только как частица, но еще и как волна. А сопротивление металла возникает в результате рассеяния электромагнитных волн (то есть электронов) на тепловых колебаниях решетки и её дефектах. При столкновении электронов с узлами кристаллической решетки часть энергии передается узлам, вследствие чего выделяется энергия. Эту энергию можно вычислить при постоянном токе , благодаря закону Джоуля-Ленца – Q=I 2 Rt. Как видите чем больше сопротивление, тем больше энергии выделяется.

Удельное сопротивление

Существует такое важное понятие как удельное сопротивление, это тоже самое сопротивление, только в единице длины. У каждого металла оно свое, например у меди оно равно 0,0175 Ом*мм2/м, у алюминия 0,0271 Ом*мм2/м. Это значит, брусок из меди длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2 будет иметь сопротивление 0,0175 Ом, а такой же брусок, но из алюминия будет иметь сопротивление 0,0271 Ом. Выходит что электропроводность меди выше чем у алюминия. У каждого металла удельное сопротивление свое, а рассчитать сопротивление всего проводника можно по формуле

где p – удельное сопротивление металла, l – длина проводника, s – площадь поперечного сечения.

Значения удельных сопротивлений приведены в таблице удельных сопротивлений металлов (20°C)

Вещество	p , Ом*мм 2 /2	α,10 -3 1/K
Алюминий	0.0271
Вольфрам	0.055
Железо	0.098
Золото	0.023
Латунь	0.025-0.06
Манганин	0.42-0.48	0,002-0,05
Медь	0.0175
Никель
Константан	0.44-0.52	0.02
Нихром		0.15
Серебро	0.016
Цинк	0.059

Кроме удельного сопротивления в таблице есть значения ТКС, об этом коэффициенте чуть позже.

Зависимость удельного сопротивления от деформаций

При холодной обработке металлов давлением, металл испытывает пластическую деформацию. При пластической деформации кристаллическая решетка искажается, количество дефектов становится больше. С увеличением дефектов кристаллической решетки, сопротивление течению электронов по проводнику растет, следовательно, удельное сопротивление металла увеличивается. К примеру, проволоку изготавливают методом протяжки, это значит, что металл испытывает пластическую деформацию, в результате чего, удельное сопротивление растет. На практике для уменьшения сопротивления применяют рекристаллизационный отжиг, это сложный технологический процесс, после которого кристаллическая решетка как бы, “расправляется” и количество дефектов уменьшается, следовательно, и сопротивление металла тоже.

При растяжении или сжатии, металл испытывает упругую деформацию. При упругой деформации вызванной растяжением, амплитуды тепловых колебаний узлов кристаллической решетки увеличиваются, следовательно, электроны испытывают большие затруднения, и в связи с этим, увеличивается удельное сопротивление. При упругой деформации вызванной сжатием, амплитуды тепловых колебаний узлов уменьшаются, следовательно, электронам проще двигаться, и удельное сопротивление уменьшается.

Влияние температуры на удельное сопротивление

Как мы уже выяснили выше, причиной сопротивления в металле являются узлы кристаллической решетки и их колебания. Так вот, при увеличении температуры, тепловые колебания узлов увеличиваются, а значит, удельное сопротивление также увеличивается. Существует такая величина как температурный коэффициент сопротивления (ТКС), который показывает насколько увеличивается, или уменьшается удельное сопротивление металла при нагреве или охлаждении. Например, температурный коэффициент меди при 20 градусах по цельсию равен 4.1 · 10 − 3 1/градус. Это означает что при нагреве, к примеру, медной проволоки на 1 градус цельсия, её удельное сопротивление увеличится на 4.1 · 10 − 3 Ом. Удельное сопротивление при изменении температуры можно вычислить по формуле

где r это удельное сопротивление после нагрева, r 0 – удельное сопротивление до нагрева, a – температурный коэффициент сопротивления, t 2 – температура до нагрева, t 1 — температура после нагрева.

Подставив наши значения, мы получим: r=0,0175*(1+0.0041*(154-20))=0,0271 Ом*мм 2 /м. Как видите наш брусок из меди длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм 2 , после нагрева до 154 градусов, имел бы сопротивление, как у такого же бруска, только из алюминия и при температуре равной 20 градусов цельсия.

Свойство изменения сопротивления при изменении температуры, используется в термометрах сопротивления. Эти приборы могут измерять температуру основываясь на показаниях сопротивления. У термометров сопротивления высокая точность измерений, но малые диапазоны температур.

На практике, свойства проводников препятствовать прохождению тока используются очень широко. Примером может служить лампа накаливания, где нить из вольфрама, нагревается за счет высокого сопротивления металла, большой длины и узкого сечения. Или любой нагревательный прибор, где спираль разогревается благодаря высокому сопротивлению. В электротехнике, элемент главным свойством которого является сопротивление, называется – резистор . Резистор применяется практически в любой электрической схеме.

На практике нередко приходится рассчитывать сопротивление различных проводов. Это можно сделать с помощью формул или по данным, приведенным в табл. 1.

Влияние материала проводника учитывается с помощью удельного сопротивления, обозначаемого греческой буквой? и представляющего собой длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2. Наименьшим удельным сопротивлением? = 0,016 Ом мм2/м обладает серебро. Приведем среднее значение удельного соп ротивления некоторых проводников:

Серебро — 0,016, Свинец — 0,21, Медь — 0,017, Никелин — 0,42, Алюминий — 0,026, Манганин — 0,42, Вольфрам — 0,055, Константан — 0,5, Цинк — 0,06, Ртуть — 0,96, Латунь — 0,07, Нихром — 1,05, Сталь — 0,1, Фехраль — 1,2, Бронза фосфористая — 0,11, Хромаль — 1,45.

При различных количествах примесей и при разном соотношении компонентов, входящих в состав реостатных сплавов, удельное сопротивление может несколько измениться.

Сопротивление рассчитывается по формуле:

где R — сопротивление, Ом; удельное сопротивление, (Ом мм2)/м; l — длина провода, м; s — площадь сечения провода, мм2.

Если известен диаметр провода d, то площадь его сечения равна:

Измерить диаметр провода лучше всего с помощью микрометра, но если его нет, то следует намотать плотно 10 или 20 витков провода на карандаш и измерить линейкой длину намотки. Разделив длину намотки на число витков, найдем диаметр провода.

Для определения длины провода известного диаметра из данного материала, необходимой для получения нужного сопротивления, пользуются формулой

Таблица 1.

Примечание. 1. Данные для проводов, не указанных в таблице, надо брать как некоторые средние значения. Например, для провода из никелина диаметром 0,18 мм можно приблизительно считать, что площадь сечения равна 0,025 мм2, сопротивление одного метра 18 Ом, а допустимый ток равен 0,075 А.

2. Для другого значения плотности тока данные последнего столбца нужно соответственно изменить; например, при плотности тока, равной 6 А/мм2, их следует увеличить в два раза.

Пример 1. Найти сопротивление 30 м медного провода диаметром 0,1 мм.

Решение. Определяем по табл. 1 сопротивление 1 м медного провода, оно равно 2,2 Ом. Следовательно, сопротивление 30 м провода будет R = 30 2,2 = 66 Ом.

Расчет по формулам дает следующие результаты: площадь сечения провода: s= 0,78 0,12 = 0,0078 мм2. Так как удельное сопротивление меди равно 0,017 (Ом мм2)/м, то получим R = 0,017 30/0,0078 = 65,50м.

Пример 2. Сколько никелинового провода диаметром 0,5 мм нужно для изготовления реостата, имеющего сопротивление 40 Ом?

Решение. По табл. 1 определяем сопротивление 1 м этого провода: R= 2,12 Ом: Поэтому, чтобы изготовить реостат сопротивлением 40 Ом, нужен провод, длина которого l= 40/2,12=18,9 м.

Проделаем тот же расчет по формулам. Находим площадь сечения провода s= 0,78 0,52 = 0,195 мм2. А длина провода будет l = 0,195 40/0,42 = 18,6 м.

Вещества и материалы, способные проводить электрический ток, называют проводниками. Остальные относят к диэлектрикам. Но чистых диэлектриков не бывает, все они тоже проводят ток, но его величина очень мала.

Но и проводники по-разному проводят ток. Согласно формуле Георга Ома, ток, протекающий через проводник, линейно пропорционален величине приложенного к нему напряжения, и обратно пропорционален величине, называемой сопротивлением.

Единицу измерения сопротивления назвали Омом в честь ученого, открывшего эту зависимость. Но выяснилось, что проводники, изготовленные из разных материалов и имеющие одинаковые геометрические размеры, обладают разным электрическим сопротивлением. Чтобы определить сопротивление проводника известного длины и сечения, ввели понятие удельного сопротивления — коэффициента, зависящего от материала.

В итоге сопротивление проводника известной длины и сечения будет равно

Удельное сопротивление применимо не только к твердым материалам, но и к жидкостям. Но его величина зависит еще и от примесей или других компонентов в исходном материале. Чистая вода не проводит электрический ток, являясь диэлектриком. Но в природе дистиллированной воды не бывает, в ней всегда встречаются соли, бактерии и другие примеси. Этот коктейль – проводник электрического тока, обладающий удельным сопротивлением.

Внедряя в металлы различные добавки, получают новые материалы – сплавы , удельное сопротивление которых отличается от того, что было у исходного материала, даже если добавка в него в процентном соотношении незначительна.

Зависимость удельного сопротивления от температуры

Удельные сопротивления материалов приводятся в справочниках для температуры, близкой к комнатной (20 °С). При увеличении температуры увеличивается сопротивление материала. Почему так происходит?

Электрического тока внутри материала проводят свободные электроны . Они под действием электрического поля отрываются от своих атомов и перемещаются между ними в направлении, заданным этим полем. Атомы вещества образуют кристаллическую решетку, между узлами которой и движется поток электронов, называемый еще «электронным газом». Под действием температуры узлы решетки (атомы) колеблются. Сами электроны тоже движутся не по прямой, а по запутанной траектории. При этом они часто сталкиваются с атомами, изменяя траекторию движения. В некоторые моменты времени электроны могут двигаться в сторону, обратную направлению электрического тока.

С увеличением температуры амплитуда колебаний атомов увеличивается. Соударение электронов с ними происходит чаще, движение потока электронов замедляется. Физически это выражается в увеличении удельного сопротивления.

Примером использования зависимости удельного сопротивления от температуры служит работа лампы накаливания. Вольфрамовая спираль, из которой сделана нить накала, в момент включения имеет малое удельное сопротивление. Бросок тока в момент включения быстро ее разогревает, удельное сопротивление увеличивается, а ток – уменьшается, становясь номинальным.

Тот же процесс происходит и с нагревательными элементами из нихрома. Поэтому и рассчитать их рабочий режим, определив длину нихромовой проволоки известного сечения для создания требуемого сопротивления, не получается. Для расчетов нужно удельное сопротивление нагретой проволоки, а в справочниках приведены значения для комнатной температуры. Поэтому итоговую длину спирали из нихрома подгоняют экспериментально. Расчетами же определяют примерную длину, а при подгонке понемногу укорачивают нить участок за участком.

Температурный коэффициент сопротивления

Но не во всех устройствах наличие зависимости удельного сопротивления проводников от температуры приносит пользу. В измерительной технике изменение сопротивления элементов схемы приводит к появлению погрешности.

Для количественного определения зависимости сопротивления материала от температуры введено понятие температурного коэффициента сопротивления (ТКС) . Он показывает, насколько изменяется сопротивление материала при изменении температуры на 1°С.

Для изготовления электронных компонентов – резисторов, используемых в схемах измерительной аппаратуры, применяются материалы с низким ТКС. Они стоят дороже, но зато параметры устройства не изменяются в широком диапазоне температур окружающей среды.

Но свойства материалов с высоким ТКС тоже используются. Работа некоторых датчиков температуры основана на изменении сопротивления материала, из которого изготовлен измерительный элемент. Для этого нужно поддерживать стабильное напряжение питания и измерять ток, проходящий через элемент. Откалибровав шкалу прибора, измеряющего ток, по образцовому термометру, получают электронный измеритель температуры. Этот принцип используется не только для измерений, но и для датчиков перегрева. Отключающих устройство при возникновении ненормальных режимов работы, приводящих к перегреву обмоток трансформаторов или силовых полупроводниковых элементов.

Используются в электротехнике и элементы, изменяющие свое сопротивление не от температуры окружающей среды, а от тока через них – терморезисторы . Пример их использования – системы размагничивания электронно-лучевых трубок телевизоров и мониторов. При подаче напряжения сопротивление резистора минимально, ток через него проходит в катушку размагничивания. Но этот же ток нагревает материал терморезистора. Его сопротивление увеличивается, уменьшая ток и напряжение на катушке. И так – до полного его исчезновения. В итоге на катушку подается синусоидальное напряжение с плавно уменьшающейся амплитудой, создающее в ее пространстве такое же магнитное поле. Результат – к моменту разогрева нити накала трубки она уже размагничена. А схема управления остается в запертом состоянии, пока аппарат не выключат. Тогда терморезисторы остынут и будут готовы к работе снова.

Явление сверхпроводимости

А что будет, если температуру материала уменьшать? Удельное сопротивление будет уменьшаться. Есть предел, до которого уменьшается температура, называемый абсолютным нулем . Это —273°С . Ниже этого предела температур не бывает. При этом значении удельное сопротивление любого проводника равно нулю.

При абсолютном нуле атомы кристаллической решетки перестают колебаться. В итоге электронное облако движется между узлами решетки, не соударяясь с ними. Сопротивление материала становится равным нулю, что открывает возможности для получения бесконечно больших токов в проводниках небольших сечений.

Явление сверхпроводимости открывает новые горизонты для развития электротехники. Но пока еще существуют сложности, связанные с получением в бытовых условиях сверхнизких температур, необходимых для создания этого эффекта. Когда проблемы будут решены, электротехника перейдет на новый уровень развития.

Примеры использования значений удельного сопротивления при расчетах

Мы уже познакомились с принципами расчета длины нихромовой проволоки для изготовления нагревательного элемента. Но есть и другие ситуации, когда необходимы знания удельных сопротивлений материалов.

Для расчета контуров заземляющих устройств используются коэффициенты, соответствующие типовым грунтам. Если же тип грунта в месте устройства контура заземления неизвестен, то для правильных расчетов предварительно измеряют его удельное сопротивление. Так результаты расчетов оказываются точнее, что исключает подгонку параметров контура при изготовлении: добавление числа электродов, приводящее к увеличению геометрических размеров заземляющего устройства.

Удельное сопротивление материалов, из которых изготовлены кабельные линии и шинопроводы, используется для расчетов их активного сопротивления. В дальнейшем при номинальном токе нагрузки с его помощью рассчитывается величина напряжения в конце линии . Если его величина окажется недостаточной, то заблаговременно увеличивают сечения токопроводов.

Проводниковые металлы и сплавы

Проводниковые металлы и сплавы должны обладать высокой электропроводностью, достаточно высокими механическими свойствами, сопротивляемостью к атмосферной коррозии, способностью поддаваться обработке давлением в горячем и холодном состоянии.

После серебра наиболее высокой электропроводностью обладают медь и алюминий. Они и являются наиболее распространенными проводниковыми материалами. Проводимость отожженного проводникового алюминия составляет приблизительно 62% проводимости стандартной меди. Но плотность алюминия мала, поэтому проводимость 1 кг алюминия составляет 214% проводимости 1 кг меди. Следовательно, алюминий экономически более выгоден для использования в качестве проводникового материала.

Применяемые в настоящее время проводниковые материалы можно разделить на следующие группы: проводниковая медь, проводниковый алюминий, проводниковые сплавы, проводниковое железо, сверхпроводники.

Проводниковая медь. При наличии в меди даже небольшого количества примесей ее электропроводность быстро уменьшается (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Влияние примесей на электропроводность меди

Для изготовления электрических проводов применяют электролитическую (катодную) медь, с суммарным содержанием примесей не более 0,05%. Катоды переплавляются в слитки, при этом содержание примесей в меди повышается. Проводниковая медь марки Ml должна содержать не более 0,1% примесей, в том числе не более, %: 0,001 Bi; 0,002 Sb; 0,002 As; 0,005 Fe; 0,002 Ni; 0,005 Pb; 0,002 Sn; 0,005 S; 0,05 O; 0,003 Ag. Фосфор для раскисления меди марки М1 не применяется.

Проводниковая медь имеет в отожженном состоянии имеет предел прочности 270 МПа. Предел прочности меди может быть повышен до 480 МПа путем холодной деформации, но при этом ее удельное сопротивление увеличивается (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Зависимость механических свойств и удельного электрического сопротивления меди марки М1 от степени деформации

Проводниковый алюминий. Недостатком алюминия является его срав-нительно низкая прочность. Отожженный алюминий почти в три раза менее прочен на разрыв, чем медь. Поэтому при изготовлении проводов его упрочняют путем холодной деформации. В этом случае предел прочности составляет 250 МПа, что является недостаточным для сопротивления сильному натяжению, которое испытывают провода в линиях электропередач. Поэтому для линий электропередач применяют провода со стальной сердцевиной.

Для кабельных и токопроводящих изделий применяют алюминий марок А00, А0, Al, A2. Проводниковый алюминий обычно содержит десятые доли процента примесей, из которых основными являются железо и кремний (таблица 3.1).

Термическая обработка проводникового алюминия для снижения его сопротивления обычно не применяется, так как холодная обработка алюминия мало снижает его электропроводность. Так при обжатии до 95 – 98% электропроводность уменьшается не более чем на 1,2% электропроводности стандартной меди.

Проводниковые сплавы. В тех случаях, когда требуется повышенная прочность или специальные свойства (например, повышенное сопротивление истиранию), применяют сплавы на алюминиевой и медной основе. Композицию сплавов подбирают таким образом, чтобы легирующий металл не растворялся в основном металле, а упрочнение сплавов достигалось за счет интерметаллических фаз.

Проводниковое железо. Удельное электрическое сопротивление железа в 7 – 8 раз выше, чем у меди. Тем не менее, железо применяют в промышленности, т.к. оно является недефицитным материалом и имеет повышенную механическую прочность. При использовании железа в качестве проводникового материала оно должно быть достаточно чистым. Обычно для этих целей применяют армко-железо.

Железо используют при изготовлении биметаллических проводов, в этом случае сердцевину провода изготовляют из железа, а поверхностный слой из материала, имеющего более высокую электрическую проводимость (медь, алюминий).

Медные и алюминиевые провода: плюсы и минусы — Домострой

Когда-то практически вся проводка в нашей стране была алюминиевой. Такие провода еще можно встретить в домах старой застройки. Сейчас чаще монтируют медь. Но чем она лучше алюминия? И почему соединять медь и алюминий не рекомендуется? Для ответов на эти вопросы достаточно вспомнить школьную физику.

Чтобы понять, почему вообще в проводах используются определенные металлы, для начала разберемся — что такое электрический ток? Это направленное движение заряженных частиц (в металлах — электронов). Эти квазичастицы при перемещении сталкиваются с сопротивлением (противодействие проводника). Низкое сопротивление алюминия и еще меньшее меди — одна из основных причин их выбора для электропроводки. Далее другие факторы — стоимость, вес металлов и т.д.

Во времена СССР электрические потребности для жилья граждан были существенно ниже сегодняшних. Розетки состояли максимум из двух гнезд. Из электроприборов в квартирах и домах были плита, холодильник, у более зажиточных — телевизор, стиральная машина, пылесос. Для таких нагрузок дешевого алюминия было достаточно.

Теперь телевизор в каждой комнате, есть минимум один компьютер, кухня нашпигована электроникой, имеются электрические системы отопления и т.д. И это изменило требования к проводке.

Медь или алюминий?

Медные провода дороже, в среднем в три раза. Но не совсем корректно сравнивать цену за погонный метр одинакового сечения. У меди удельное сопротивление ниже, чем у алюминия. И если не уходить в формулы, то на практике: для включения одного и того же прибора можно использовать более тонкие медные провода.

Медные провода более гибкие и прочные. Медь способна пережить в несколько раз больше перегибов, чем алюминий. Но, возможно, это достоинство актуально не для всех случаев — провода, замурованные в стены, как правило, не подвергаются никаким систематическим сгибам.

Алюминий склонен к окислению. На поверхности этого металла при взаимодействии с кислородом появляется пленка. Она защищает от дальнейшего распада, но сказывается на проводимости, поскольку имеет высокое сопротивление. Это приводит к уменьшению полезного сечения, а также перегреву провода, от чего металлическая жила со временем разрушается, ослабляются контактные соединения. Медь тоже окисляется, и на ней также образуется пленка, но она не сказывается на проводимости.

Масса меди почти втрое больше алюминия. Но в случае с домашней электропроводкой это не столь важно. Вес имеет значение, скорее, в случае протяженных линий электропередач.

Медь, будучи более гибкой, удобна для монтажа. Это актуально если речь идет о розетке, подключении светильников и других подобных случаев, а также при излюбленном народом способе соединения скруткой. Однако если применяются оконцеватели, клеммники и др., то особых трудностей в соединении алюминия тоже нет.

Почему нельзя соединять медь и аллюминий?

Соединять, в принципе, можно. Тем более, что в случае ремонта электрики в старых квартирах без этого не обойтись. Вопрос в том — как это делать. Если прибегнуть к скрутке, то есть прямому контакту, можно создать аварийную ситуацию. Металлы с разным удельным сопротивлением будут перегреваться в месте соединения, что грозит пожаром.

Специалисты настоятельно рекомендуют прибегать к другим способам. Например, использовать соединения типа «орешек», клеммные колодки или, хотя бы, соединять через болт.

Болтовое соединение подходит в тех случаях, когда провести работы нужно подручными материалами, без предварительных поездок в магазин. Оба провода накручиваются на болт с размещением между ними шайбы. Фиксируется конструкция гайками.

«Орешек» или «орех», это соединение тремя стянутыми пластинами, где провода вставляются сверху и снизу с разных сторон средней пластины.

Клеммные колодки — это планка из диэлектрического материала с металлическим элементом и зажимами внутри. Для соединения потребуется вставить провода с разных сторон и зажать их концы.

проводников из меди и алюминия

Хотя серебро — лучший проводник, его стоимость ограничивает его использование в специальных схемах. Серебро используется там, где требуется вещество с высокой проводимостью или низким удельным сопротивлением.

Два наиболее часто используемых проводника — медный и алюминиевый. У каждого есть положительные и отрицательные характеристики, влияющие на его использование в различных обстоятельствах.

Сравнение некоторых характеристик меди и алюминия приведено в таблице. 1-4.

Таблица 1-4. — Сравнительные характеристики меди и алюминия

ХАРАКТЕРИСТИКИ	МЕДЬ	АЛЮМИНИЙ
Предел прочности на разрыв (фунт / дюйм ²).	55 000	25 000
Предел прочности при той же проводимости (фунты).	55 000	40 000
Масса при такой же проводимости (фунты).	100	48
Поперечное сечение для той же проводимости (см).	100	160
Удельное сопротивление (Вт / мил · фут).	10.6	17

Медь имеет более высокую проводимость, чем алюминий. Он более пластичный (может вытягиваться). Медь обладает относительно высокой прочностью на разрыв (наибольшее напряжение, которое может выдержать вещество. по длине без разрывов). Его также можно легко паять. Однако медь дороже и тяжелее алюминия.

Хотя алюминий имеет только около 60 процентов проводимости меди, его легкость делает возможными длинные пролеты.Его относительно большой диаметр для данного проводимость снижает корону. Корона — это разряд электричества из провода, когда он имеет высокий потенциал. Разряд больше при использовании проволоки меньшего диаметра, чем при использовании проволоки большего диаметра. Однако относительно большой размер алюминия для данная проводимость не позволяет экономно использовать изоляционное покрытие.

Q.14. Назовите два преимущества использования алюминиевого провода для передачи электроэнергии в течение длительного времени. расстояния.
В.15 Назовите четыре преимущества меди перед алюминием в качестве проводника.

КОЭФФИЦИЕНТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Сопротивление чистых металлов, таких как серебро, медь и алюминий, увеличивается с увеличением температура повышается. Однако сопротивление некоторых сплавов, таких как константан и манганин очень мало меняется при изменении температуры. Измерительные приборы используют эти сплавов, потому что сопротивление цепей должно оставаться постоянным, чтобы получить точную измерения.

В таблице 1-1 сопротивление проволоки толщиной в несколько милфутов (удельное сопротивление) дается при определенной температуре, в данном случае 20 ° C. Необходимо установить стандартная температура. Как мы заявляли ранее, сопротивление чистых металлов увеличивается с увеличением повышение температуры. Следовательно, истинная основа для сравнения не может быть сделана, если сопротивление всех сравниваемых веществ измеряется при одинаковой температуре. Величина увеличения сопротивления 1-омного образца проводника на градус Повышение температуры выше 0С называется температурным коэффициентом сопротивления.Для медь, значение составляет примерно 0,00427 Ом.

Длина медного провода с сопротивлением 50 Ом при начальной температуре 0C будет иметь увеличение сопротивления на 50 X 0,00427 или 0,214 Ом. Это относится к по всей длине провода и на каждый градус повышения температуры выше 0С. А 20С увеличение сопротивления составляет примерно 20 X 0,214 или 4,28 Ом. Общее сопротивление при 20C составляет 50 + 4,28 или 54,28 Ом.

Q.16 Определите температурный коэффициент сопротивления.
В.17 Что происходит с сопротивлением меди при нагревании?

Алюминиево-медные сплавы — обзор

4.11.3.4 Медное покрытие

Гальваническая медь используется как в декоративных, так и в инженерных целях. К основным металлам относятся железо и сталь, цинк и цинковые отливки под давлением, алюминий, магний, медь и никелевые сплавы и даже пластмассы после активации и химического нанесения никеля.Области применения включают производство печатных схем, электрических соединителей, декоративную или функциональную обшивку в автомобилях, бытовую технику, сантехнику, ручки и различные товары. Медь также используется в качестве грунтовки для некоторых других металлических покрытий. Медь используется для обработки стали, потому что ее легче полировать полировкой, чем сталь ( 32 ).

Для гальваники меди обычно используются три типа ванн: сульфатная кислота, пирофосфат меди и цианид меди. Все они используются в нескольких областях.Кислотные сульфатные растворы являются наиболее распространенными в производстве печатных плат, но в других областях их коррозионная природа может быть профилактической, в то время как пирофосфат используется, когда требуются хорошая макророзийная способность и менее коррозионный раствор ( 33 ). Растворы цианида меди используются в течение длительного времени, но они стали менее популярными после разработки никеля и других методов, обеспечивающих необходимую яркость и другие свойства.

Кислотно-сульфатная ванна состоит из сульфата меди, который растворяется в виде CuSO ₄ · 5H ₂ O в растворе серной кислоты.Количество сульфата меди составляет 150–250 г на л ^–1, а концентрированной серной кислоты 30–75 г на л ^– ¹ в обычном растворе. Можно добавлять хлориды в виде NaCl 30–150 мг л ^— ¹ для ускорения растворения анода и поверхностно-активных веществ для хорошего смачивания. Существует ряд запатентованных добавок для улучшения белизны, твердости, мелкозернистой структуры, сглаживания поверхности и т.п. ( 34 ). Плотность катодного тока находится в диапазоне 1–20 Adm ^–2, но большая часть гальванических покрытий выполняется с помощью 2–3 Adm ^–2.Эксплуатация осуществляется при комнатной температуре, но также обычны температуры до 45 ° C. Более высокие концентрации и повышенная температура позволяют использовать плотности тока на верхнем пределе диапазона. Ванна проста в обслуживании, а КПД по току близок к 100%, что делает ее подходящим выбором для толстых отложений. При использовании добавок ванны с сульфатом кислоты могут обладать хорошей способностью к микробеску для выравнивания шероховатых поверхностей. Кроме того, меньшее содержание меди и более концентрированная серная кислота увеличивают метательную мощность, но снижают КПД по току.Кислотные сульфатные ванны могут образовывать отложения с плохой адгезией на стальных, цинковых и алюминиевых подложках в результате реакции обмена, если не наносится медный удар. Это можно сделать из цианистой ванны.

Содержание хлоридов должно быть в установленных пределах. Слишком много хлорида приведет к матовым отложениям, а очень большое количество — к осаждению хлорида меди на анодах, которые будут поляризованы. Сульфат меди является очень коррозионным раствором для многих металлов, поэтому анодные корзины и крючки должны быть из титана.Аноды изготовлены из меди высокой чистоты с содержанием фосфора 0,02–0,08% для обеспечения растворения. Рекомендуется использовать аноды в мешках и фильтровать раствор, особенно если производится блестящее покрытие. При высокой производительности требуется перемешивание воздуха. Методики импульсного тока применялись для нанесения покрытия из кислого сульфатного меди для улучшения механических и физических свойств покрытия, например, более мелкозернистой структуры, повышенной твердости, пониженной пористости и улучшенного выравнивания. Методы импульсного тока также применялись для гальваники сквозных отверстий при производстве печатных плат.

Пирофосфатные медные ванны состоят из меди (ii) пирофосфата Cu ₂ P ₂ O ₇ · 3H ₂ O и пирофосфата калия (или натрия) K ₄ P ₂ O ₇, аммиак и цитраты или оксалаты. Медь представляет собой пирофосфатный комплекс. Отношение содержания меди к пирофосфату имеет решающее значение. Количество металлической меди составляет 22–38 г л ^– ¹, пирофосфат-иона (P ₂ O ₇ ^4–) 150–250 г л ^– ¹, а типичная массовое отношение пирофосфата к меди составляет 7–8 ( 34 , 35 ).Избыток пирофосфата необходим для удержания меди в растворе и повышения проводимости. Аммиак используется для улучшения однородности и яркости отложений. Нитраты также могут быть добавлены для уменьшения поляризации, а цитраты или оксалаты действуют как буфер. Ортофосфаты образуются в растворе в результате гидролиза пирофосфата. Он усиливает коррозию анода и действует как буфер, но раствор необходимо выбросить, если концентрация превышает 100 г л ^— ¹. pH раствора обычно составляет 8.2–8.8. При значениях pH ниже 7 пирофосфатный комплекс разрушается, и пирофосфат меди может выпадать в осадок. При значениях pH выше 11 может выпадать в осадок гидроксид меди.

Самым большим преимуществом пирофосфатной ванны является то, что раствор почти нейтрален, поэтому он подходит для легко корродируемых оснований. Катодная плотность тока составляет от 0,5 до 8 Адм ^-2, а выход по току составляет почти 100%. Если не используется разбавленная ванна, может потребоваться нанесение удара медью.Контроль добавок важен для правильной работы ванны. Для улучшения свойств покрытия доступны многие органические и металлические добавки, но они будут разлагаться во время работы, что может иметь неблагоприятные последствия, например, сделать покрытие хрупким. Ванна также более чувствительна к органическим примесям, чем ванны с сульфатом кислоты.

Цианидные ванны содержат цианид меди CuCN в качестве источника меди. Выбор количества меди зависит от желаемой производительности и толщины слоя; типичное количество составляет 75 г л ^— ¹ CuCN ( 32 , 34 ).Существует избыток цианида в форме цианида калия или натрия, который образует водорастворимые комплексные ионы с цианидом меди. Типичное количество составляет 130 г л ^— ¹ KCN. Избыток также способствует растворению анода и улучшает качество покрытия. Что касается щелочного цианида, в ванну добавляют гидроксид калия или натрия для увеличения проводимости и щелочности раствора, а также для уменьшения разложения цианида ( 36 ). Типичное количество составляет 30 г на л ^— ¹ КОН.Небольшое количество, примерно 15 г на l ^-1 карбоната щелочного металла, добавляется для буферных целей. Однако карбонат образуется из-за разложения цианида, когда он окисляется под действием кислорода воздуха. Карбонат будет накапливаться в растворе и должен быть удален, когда его количество превысит примерно 90 г / л ^-1.

Выбор соли зависит от цены, желаемой производительности и практики ухода за ванной. Соли калия обладают большей проводимостью, допускают более высокие плотности тока и обеспечивают более равномерное распределение покрытия, но они также более дороги в покупке и обслуживании, поскольку избыточные карбонаты, образующиеся в ванне, не могут быть заморожены, но необходимо либо обновить ванну, либо больше. Время от времени необходимо проводить сложное химическое осаждение солями кальция.

Ударный раствор должен использоваться для предотвращения образования неплотно прикрепленной пленки в результате реакции обмена. Аноды должны быть из чистой меди, без фосфорных сплавов. Пирофосфат и аммиак растворяют аноды. Отношение анода к катоду должно быть 2: 1.

Алюминиевые сплавы 101 | The Aluminium Association

Quick Read

Алюминиевый сплав — это химический состав, в котором к чистому алюминию добавляются другие элементы для улучшения его свойств, в первую очередь для повышения его прочности.Эти другие элементы включают железо, кремний, медь, магний, марганец и цинк в количествах, которые вместе могут составлять до 15 процентов сплава по весу. Легирование требует тщательного смешивания алюминия с этими другими элементами, пока алюминий находится в расплавленной — жидкой — форме.

Полезные факты

В области химии
На свойства алюминия, такие как прочность, плотность, обрабатываемость, электропроводность и коррозионная стойкость, влияет добавление других элементов, таких как магний, кремний или цинк.
Боевая машина Брэдли
Военная Боевая машина Брэдли изготовлена из двух различных алюминиевых сплавов: серии 7ххх и серии 5ххх. Алюминий, которому доверяют обеспечивать безопасность и мобильность солдат, также используется во многих других военных транспортных средствах.
Наша любимая тара для напитков
Самая любимая в Америке тара для напитков — алюминиевая банка — изготавливается из различных алюминиевых сплавов. Оболочка банки состоит из 3004, а крышка — из 5182.Иногда для изготовления одного повседневного предмета требуется более одного сплава.
Горячий и холодный
Алюминиевые сплавы можно сделать более прочными с помощью термообработки или холодной обработки. Свойства конкретного сплава различны из-за их добавок и обработки.

Алюминиевый сплав 101

Что такое алюминиевый сплав

Алюминиевый сплав — это химический состав, в котором к чистому алюминию добавляются другие элементы для улучшения его свойств, в первую очередь для повышения его прочности.Эти другие элементы включают железо, кремний, медь, магний, марганец и цинк в количествах, которые вместе могут составлять до 15 процентов сплава по весу. Сплавам присваивается четырехзначный номер, в котором первая цифра обозначает общий класс или серию, характеризующуюся его основными легирующими элементами.

Технически чистый алюминий

1xxx Серия

Сплавы серии 1xxx состоят из алюминия чистотой 99% или выше. Эта серия имеет отличную коррозионную стойкость, отличную обрабатываемость, а также высокую теплопроводность и электрическую проводимость.Вот почему серия 1xxx обычно используется для линий электропередачи или линий электропередач, которые соединяют национальные сети через Соединенные Штаты. Стандартные обозначения сплавов в этой серии — 1350 для электрических применений и 1100 для лотков для упаковки пищевых продуктов.

Термообрабатываемые сплавы

Некоторые сплавы упрочняются термообработкой на твердый раствор с последующей закалкой или быстрым охлаждением. При термической обработке твердый легированный металл нагревается до определенной точки. Элементы сплава, называемые растворенными веществами, равномерно распределяются с алюминием, превращая их в твердый раствор.Затем металл закаливают или быстро охлаждают, в результате чего растворенные атомы замерзают на месте. Следовательно, растворенные атомы объединяются в мелкодисперсный осадок. Это происходит при комнатной температуре, которая называется естественным старением, или при низкотемпературной работе печи, которая называется искусственным старением.

2xxx Серия

В серии 2xxx в качестве основного легирующего элемента используется медь, которая может быть значительно усилена путем термообработки на твердый раствор. Эти сплавы обладают хорошим сочетанием высокой прочности и ударной вязкости, но не обладают такой стойкостью к атмосферной коррозии, как многие другие алюминиевые сплавы.Поэтому эти сплавы обычно окрашивают или плакируют для таких воздействий. Обычно они плакированы сплавом высокой чистоты или сплавом серии 6ххх, чтобы значительно противостоять коррозии. Сплав 2024, пожалуй, самый широко известный авиационный сплав.

6xxx Серия

Серия 6xxx универсальна, поддается термообработке, легко поддается формованию, сварке и имеет умеренно высокую прочность в сочетании с отличной коррозионной стойкостью. Сплавы этой серии содержат кремний и магний для образования силицида магния внутри сплава.Экструзионные продукты серии 6xxx — лучший выбор для архитектурных и строительных приложений. Сплав 6061 является наиболее широко используемым сплавом этой серии и часто используется в рамах грузовиков и морских судов. Кроме того, в некоторых версиях iPhone использовались алюминиевые профили серии 6xxx.

7xxx Серия

Цинк является основным легирующим агентом для этой серии, и когда магний добавляется в меньшем количестве, в результате получается термически обрабатываемый высокопрочный сплав.Другие элементы, такие как медь и хром, также могут быть добавлены в небольших количествах. Наиболее широко известны сплавы 7050 и 7075, которые широко используются в авиастроении. Алюминиевые часы Apple®, выпущенные в 2015 году, были изготовлены из специального сплава серии 7xxx.

Сплавы без термической обработки

Сплавы без термической обработки упрочняются холодной обработкой. Холодная обработка происходит во время методов прокатки или ковки и представляет собой действие по «обработке» металла, чтобы сделать его более прочным.Например, при прокатке алюминия до более тонких размеров он становится прочнее. Это связано с тем, что холодная обработка приводит к образованию дислокаций и вакансий в структуре, что затем препятствует перемещению атомов друг относительно друга. Это увеличивает прочность металла. Легирующие элементы, такие как магний, усиливают этот эффект, что приводит к еще большей прочности.

3xxx Серия

Марганец является основным легирующим элементом в этой серии, часто с добавлением меньшего количества магния.Однако только ограниченный процент марганца может быть эффективно добавлен в алюминий. 3003 — популярный сплав общего назначения, поскольку он имеет умеренную прочность и хорошую обрабатываемость и может использоваться в таких устройствах, как теплообменники и кухонная утварь. Сплав 3004 и его модификации используются в корпусах алюминиевых банок для напитков.

4xxx Серия

Сплавы серии

4ххх комбинируются с кремнием, который может быть добавлен в достаточных количествах для снижения температуры плавления алюминия без образования хрупкости.Благодаря этому серия 4xxx производит превосходную сварочную проволоку и припои там, где требуется более низкая температура плавления. Сплав 4043 — один из наиболее широко используемых присадочных сплавов для сварки сплавов серии 6ххх в конструкционных и автомобильных приложениях.

5xxx Серия

Магний является основным легирующим агентом серии 5xxx и одним из наиболее эффективных и широко используемых легирующих элементов для алюминия. Сплавы этой серии обладают прочностными характеристиками от умеренных до высоких, а также хорошей свариваемостью и устойчивостью к коррозии в морской среде.Из-за этого алюминиево-магниевые сплавы широко используются в строительстве, резервуарах для хранения, сосудах высокого давления и морских применениях. Примеры распространенных применений сплавов включают: 5052 в электронике, 5083 в судостроении, анодированный лист 5005 для архитектурных применений и 5182 для изготовления алюминиевых крышек для банок для напитков. Боевая машина США Брэдли изготовлена из алюминия серий 5083 и 7xxx.

Создание новых сплавов

Более 60 лет назад Алюминиевая ассоциация создала систему обозначения деформируемых сплавов через свой Технический комитет по стандартам на продукцию (TCPS), которая была принята в США в 1954 году.Три года спустя система была утверждена как национальный стандарт Америки h45.1. Эта система обозначений была официально принята странами, подписавшими Декларацию согласия в 1970 году, и стала международной системой обозначений. В том же году Комитет по стандартам h45 по алюминиевым сплавам был уполномочен Американским национальным институтом стандартов (ANSI), при этом Ассоциация выполняла функции секретариата. С тех пор Ассоциация является основной организацией, устанавливающей стандарты для мировой алюминиевой промышленности.

Система регистрации сплавов в настоящее время находится в ведении TCPS Ассоциации. Весь процесс, от регистрации нового сплава до присвоения нового обозначения, занимает от 60 до 90 дней. Когда нынешняя система была первоначально разработана в 1954 году, список включал 75 уникальных химических составов. На сегодняшний день зарегистрировано более 530 активных композиций, и это число продолжает расти. Это подчеркивает, насколько универсальным и повсеместным стал алюминий в нашем современном мире.

Золото, Серебро, Медь, Алюминий — какой проводник лучше?

образование .

2005 г.

A. Вы должны посмотреть на две разные вещи, Джастин: сопротивление твердого материала, который является проводником, и сопротивление соединения (или соединения / контактной поверхности / интерфейса, или как вы хотите это назвать), что ток тоже должен проходить. Серебро имеет более высокую проводимость (более низкое сопротивление), чем золото. Но он тускнеет, что означает, что на его поверхности образуется оксид / сульфид с высокой стойкостью. Серебро подходит для многих вещей, но при очень низком напряжении и слабом токе (например, в небольших электронных сигналах, таких как компьютеры и сотовые телефоны) потускнение может мешать сигналу на стыке, и необходимо использовать золото. вместо.

23 июля 2008 г.

A. Серебро — лучший проводник, но обычно не используется из-за больших затрат. Однако меня не удивит, если он когда-нибудь будет использоваться в интегральных схемах, как сейчас медь (а алюминий есть / был). Разница небольшая, но 5% — это 5%.
Потускнение может быть проблемой для высоких частот, где скин-эффект становится критическим.

Что касается сверхпроводников, большинство из них на самом деле являются металлами. Распространенным является сплав ниобия и олова. Металлические используются по двум причинам.Во-первых, можно легко сделать провода и легко намотать катушки. На первый взгляд, это не помешало бы сделке. Вы можете легко представить себе нанесение пленок из сверхпроводящего материала на барабан, его травление, добавление изоляционного слоя и повторение, таким образом создавая большое количество обмоток.

Настоящая проблема в том, что высокотемпературные сверхпроводники теряют это свойство в сильных магнитных полях, что случается, когда вы используете их с большими токами. Низкотемпературные сверхпроводники тоже делают то же самое, но при гораздо более высоких токах, поэтому они более полезны.(Сверхпроводники в основном используются для магнитов очень большой мощности).

Потускнение серебра может стать критическим для приложений, где важен скин-эффект (высокие частоты). Фактически, в мощных ВЧ усилителях катушки часто изготавливаются из медных трубок и покрываются золотом. Хотя золото не так проводимо, как медь, оно устойчиво к коррозии. Если слой тонкий по сравнению с толщиной слоя, в котором протекает ток, большая часть тока в любом случае будет течь по меди.

Если бы скин-эффект был единственной проблемой с серебром, то мы могли бы найти способы справиться с этим.Самый простой способ справиться с этим — нанести тонкий слой инертного материала (глинозема?) На поверхность, чтобы предотвратить коррозию. Если бы он был достаточно тонким и прочным, он мог бы предотвратить коррозию, при этом передавая достаточно тепла, и не увеличивал бы размер провода. Окончательный ответ сводится к стоимости. Серебряная проволока будет стоить в 100 раз дороже медной. Хотя это может быть полезно в полупроводниковом чипе, где фактическая стоимость серебра будет очень мала по сравнению со стоимостью чипа, в кабеле динамика это будет недопустимо (в спутниковой системе, космическом корабле или оружейной системе это может будь в порядке, если выгода оправдывала это.

22 июля 2010 г.

A. Привет, Гэри. Если удельное сопротивление алюминия выше, то его проводимость по определению ниже; поэтому алюминий НЕ является «лучшим проводником», чем золото.

Однако, в то время как «лучший проводник» означает более высокую проводимость, «лучший проводник» можно интерпретировать по-другому 🙂

Алюминий, вероятно, «лучший» проводник, чем золото, если под «лучшим» мы подразумеваем «на единицу веса», или «на потраченный доллар», или тому подобное 🙂

С уважением,

Тед Муни, П.

31 января 2012 г.

A. Не знаю, является ли то, что я делаю, законной методологией, но когда я строю антенны, особенно высокочастотные, я делаю элементы, волноводы, фидеры и т. Д. Из меди, затем покрываю их серебром и затем тонкий слой золота сверху, чтобы предотвратить потускнение серебра. У меня нет времени или оборудования для проведения точных измерений, чтобы точно увидеть, как это повлияет на общую эффективность. Я просто подумал, что конструктивно медь хороша, с ней легко работать, и она дешевая по сравнению с серебром или золотом.Я полагал, что серебряное покрытие обеспечит отличные характеристики с учетом скин-эффекта УВЧ. Затем, чтобы избежать потускнения, снижающего проводимость серебра, я наношу очень тонкий слой золота поверх серебра. Возможно, я ошибаюсь, но я чувствовал, что это должно дать очень близкую к стоимости медь, с проводящими характеристиками серебра и не потускнеющими характеристиками золота. Может быть, кто-нибудь скажет мне, устраняет ли золотая пластина поверх серебра проводимость серебра? Если это так, то серебряная пластина — отходы, и было бы лучше просто нанести тонкий слой золота на медь.

—-
Этот сайт в первую очередь посвящен обработке металлов, а не авиации, но да, поделитесь, пожалуйста, своим опытом.

3 декабря 2012

В. Почему у золота нет большей электропроводности, чем у серебра? В обеих валентных оболочках есть s-валентный электрон. [И наполовину заполненная валентная оболочка имеет энергию Ферми в пределах своего максимального энергетического состояния, что, я думаю, является причиной их высокой электропроводности]. Причина, по которой у меня возник этот вопрос, заключается в том, что, поскольку валентный электрон золота должен испытывать меньший эффективный ядерный заряд, чем у серебра [поскольку атом золота больше, чем серебро], его должно быть легче возбудить, верно? Просто любопытно.

19 января 2013

A. Серебро — более чистый металл, чем золото, оно является лучшим проводником, чем золото, но, честно говоря, я думаю, что это во многом связано со временем (деньги в долгосрочной перспективе) и тем, что общество (люди) все время вкладывали так много в золото. поколения, которым вы никогда не узнаете правду о том, что лучше, потому что нам никогда не скажут правду, и тот факт, что мы полагались на золото как на валюту (золото — просто лучшее украшение, чем серебро, оно всегда было, прочтите Библия, даже Богу нравятся игрушки из золота).Я думаю, что мы накопили так много за поколения, что нам нужно что-то с этим делать, только подумайте: древние египтяне спрятали это, потому что оно было красивым и их фараону понравилось (на его рабыне это выглядело лучше, чем серебро) Но посмотрите на вес золота: его высокая температура плавления выше, чем у других металлов, оно плохо смешивается с другими металлами и химическими веществами, и чтобы сделать золото лучшим украшением, нужно смешать его с медью). Вся дискуссия — это валюта, вот и все.

июнь 2014

А. Привет Сагар. Серебро, безусловно, лучший дирижер. Если бы у вас была проволока заданной длины и диаметра из серебра и проволока из золота с такими же размерами, вы бы обнаружили, что сопротивление серебряной проволоки меньше.

Но если вы теперь закрасите концы серебряной проволоки так, чтобы у вас был резистивный слой краски, препятствующий прохождению электричества через слой краски в и из настоящего серебра, вы бы сообщили, что существует проблема с использованием окрашенного серебряного провода для определенных приложений.

Когда серебро подвергается воздействию атмосферы, самый верхний слой реагирует с воздухом, образуя непроводящий слой оксида серебра или сульфида серебра потускнения. Этот налет действует как краска — затрудняет попадание электричества внутрь серебра и из него. Это не так уж важно для высоких напряжений и больших токов, которые могут просто проскочить через налет, но для электронных схем с очень низким напряжением и очень малым током, как в сотовых телефонах, серебристый налет может быть эффективным изолятором.

январь 2015

А. Хай Вишант. У меня нет опыта работы в области электротехники в области проектирования генераторов, чтобы ответить на ваш вопрос. Но я сомневаюсь, что сплав меди и золота будет очень хорошим проводником. Мое ограниченное понимание состоит в том, что медь и другие металлы должны иметь очень высокую чистоту для хорошей проводимости. Я не могу быстро найти диаграмму с электропроводностью каратного золота, но я вижу на
http://eddy-current.com/conductivity-of-metals-sorted-by-resistivity/
, что электропроводность нескольких медные сплавы составляют от 4% до 15% чистой меди.

Окисление или потускнение меди акустического кабеля

28 февраля 2015 г.

В. У меня есть многожильный неизолированный медный провод динамика с изоляцией из ПВХ. В некоторых промежутках между прядями видны черные или зеленые потускнения или окисления. Это не только рядом с обрезанными концами, но и далеко вверх по кабелю. Этим проводам всего 4 года.

Что, вероятно, вызвало это?
Это производственный брак?
Должно ли это случиться так скоро (если вообще)?
Вредит ли это характеристикам провода?
Должен ли я попросить вернуть свои деньги?

Спасибо за помощь

Дэйв Филип
домовладелец — St.

Февраль 2015

А. Привет, Дэйв. Хотя вы считаете, что кабель, которому уже четыре года, относительно новый, большинство людей и производителей не стали бы этого делать. Вы можете попробовать отправить фотографии производителю и посмотреть, сделают ли они что-нибудь не по доброй воле, но я не думаю, что они сделают это.

Трудно сказать, что вызывает коррозию. Несколько лет назад произошел скандал с китайскими стеновыми панелями, когда штукатурка была настолько полна сульфидов, что все медные трубы и проводка поблизости стали зелеными и черными.То же самое может вызвать отток влаги с неизолированных концов. Расположенный поблизости очень холодный воздуховод для кондиционирования воздуха может вызвать конденсацию на концах кабеля и попасть под изоляцию из-за капиллярного воздействия. Если коррозия не находится в середине провода, в месте, недоступном из-за факторов окружающей среды, было бы очень трудно утверждать, что это производственный дефект.

Поверхностное потускнение, вероятно, радикально не влияет на допустимую нагрузку на провод по току, и это полезно для подключения больших динамиков; но это зависит от того, насколько плохо, потому что, если это серьезная коррозия там, где ушло много меди, то большая часть пропускной способности по току также пропадает.

Октябрь 2015

A. Привет T. Чистая медь может быть вашим лучшим выбором, потому что она намного дешевле и намного доступнее, чем серебро или золото, тогда как серебро всего на 5% более проводящее, чем медь, а золото менее проводящее, чем медь. Вы можете погуглить «диаграмму относительной проводимости». Чистую медную проволоку можно купить в любом хозяйственном магазине.

Как правило, сплавы не являются хорошими проводниками по сравнению с более чистыми металлами — вероятно, это связано с тем, как свободные электроны могут легко «отскакивать» от одного атома меди к другому, но путь не такой гладкий и легкий, если атом другого встречается металл.

А. Привет Киран. Кто сказал, что ты не можешь?

Но сплавы обычно хуже проводят электричество, чем чистые металлы. А какой именно сплав меди и золота вы думаете, который обладает высокой пластичностью? И что именно вы подразумеваете под «кабельным проводом» — потому что золото было бы невероятно дорогим для кабельных проводов, которые я представляю.

Абстрактные вопросы приносят с собой дюжину «если, а и но», для ответа на которые требуется книга — относительно небольшая длина ответов на форуме означает, что можно ответить только на очень конкретные вопросы.

29 июня 2016

A. Добрый день, Нора.

Попробуйте этот простой эксперимент.
Срежьте графитовым карандашом половину всей длины дерева, обнажив стержень.
Достаньте аккум, неважно какого размера, попробуйте 2D ячеек.
Присоедините медным проводом один полюс батареи к крайнему правому концу свинцового сердечника.
Прикрепите медным проводом И лампочкой фонарика к другому полюсу батареи к крайнему левому краю свинцового сердечника и обратите внимание на яркость лампы.

июль 2016

A. Hi Muhil. Графен — это особая форма углерода, которая является лучшим проводником, чем серебро. Но, пока мы говорим, это все же больше лабораторное любопытство, чем практический материал для изготовления проводов и шин. Другие формы углерода, такие как графит и алмаз, обладают проводимостью от гораздо более низкой до гораздо более низкой, чем серебро. Так что серебро будет «лучшим дирижером».

Тем не менее, из-за высокой стоимости серебро также не может быть практичным материалом для многих приложений. Медь намного дешевле серебра и предлагает около 95% проводимости серебра, поэтому это самый распространенный материал для изготовления проводов и шин.

ноябрь 2016

А. Привет, Провакар. Золото более устойчиво к коррозии, чем медь или серебро, и не тускнеет, что снижает контактное сопротивление. Итак, золото широко используется для низковольтных и слаботочных контактов, но я определенно недостаточно знаю об ЭЭГ, чтобы предположить, что золото действительно подходит. Думаю, это вопрос к врачам или другим специалистам, которые проводят такие процедуры. Удачи.

С уважением,

Тед Муни, P.E. RET
Стремление к жизни Aloha
отделка.

января 2017

А. Привет Випин. На этот вопрос неоднократно отвечали на этой странице. Если вы не понимаете ответа, это не проблема; мы, конечно, можем попытаться объяснить это по-другому! Но эта страница привлекает всех, от маленьких детей в первые два года обучения в школе до постдокторских исследователей — поэтому мы не можем понять вашу ситуацию, когда вы не объясняете ее, а просто повторяете абстрактный вопрос, который был задан и на который был дан ответ. неоднократно уже. Спасибо!

С уважением,

Тед Муни, П.

января 2017

A. В наши дни мало кто интересуется чтением того, как ловить рыбу 🙁

Какое напряжение, ток и частота несут эти контакты, Нареш? Вполне возможно, что ни медь, ни серебро не подходят для ваших контактов. Ни то, ни другое не годится для низковольтных слаботочных электронных устройств. Однако вы редко ошибетесь с твердым золотым покрытием. Удачи!

С уважением,

Тед Муни, P.E. RET
Стремление к жизни Aloha
отделка.

22 января 2017

Q. Здравствуйте, сэр,

покрытие необходимо для контакта, а также для печатной платы. Контакты являются подвижными объектами, а плата — фиксированной. Мне нужно уменьшить окисление и истирание при контакте с неподвижным предметом. Напряжение для этой цепи составляет 5 вольт, а ток варьируется от 200 мА до 2 ампер. Теперь материал контактов — медь. Мне нужно сменить материал, потому что контакт изнашивается через некоторое время, а слой окисления, образующийся между контактом и неподвижным объектом и контактом, кажется разомкнутым, в то время как контакт замкнут.

Февраль 2017 г.

А. Привет Нареш. Книг по этой теме целые полки, и семестровые курсы … и я не инженер-электрик. Но я действительно вижу, что зарядные контакты на устройствах с батарейным питанием, таких как беспроводные домашние телефоны, неизменно никелированы или никелированы химическим способом — и это звучит как диапазон напряжения / тока, в котором вы находитесь. Поскольку это приложение с высокой степенью износа, я подозреваю, что Никель, полученный методом химического восстановления, будет идеальным вариантом.

С уважением,

Тед Муни, П.

Февраль 2017

Привет, Юварадж. Если я понимаю, это звучит как интересный вопрос. Вы хотите измерить сопротивление золота, когда оно находится под сильной растягивающей или сжимающей нагрузкой, и посмотреть, влияют ли эти силы на электропроводность? Я не знаю, повлияет ли это на какой-либо эффект, хотя я предполагаю, что он будет небольшим, поэтому вам потребуются точные измерения, чтобы знать … будет интересно узнать 🙂

С уважением,

Тед Муни, P.E. RET
Стремление к жизни Aloha
отделка.

19 апреля 2017

В. Кто-нибудь знает хороший источник, который перечисляет электропроводность различных покрытий поверхности, используемых на базовой алюминиевой детали (не уверен, имеет ли значение подложка большое значение для покрытия)? Это будет проводимость в двух точках на одной поверхности. Меня интересует, как никель, полученный методом химического восстановления, сравнивается с покрытием из кадмия, химической пленкой, цинк-никелем и даже золотом. …. просто интересно, есть ли там таблица «go-to», в которой перечислены сравнительные значения (может быть, на основе MIL или отраслевых спецификаций?). Мне пока не повезло в моем поиске.

19 ноября 2017

В. Привет, я использую очень тонкий серебряный провод (диаметром менее 1 мм) для регистрации электрического потенциала мозга живых мышей. Сигнал очень слабого уровня (в микровольтах) создается внешними сенсорными механическими стимулами. Используя усилитель, мы можем записывать и визуализировать различные типы сигналов. Мой вопрос в том, как я могу увеличить проводимость тонкой серебряной проволоки, чтобы я мог записывать сигнал очень низкой амплитуды в небольшом временном интервале? Есть ли возможность использовать электрод из другого материала для записи потенциала в несколько микровольт?
Для лучшего понимания моего вопроса, электрод будет использоваться только в течение нескольких часов (1-2) и попытаться измерить сигнал как можно слабее и как можно быстрее.

января 2018

А. Привет, Гектор. Золото широко используется для очень слаботочных цифровых сигналов, потому что драгоценные металлы не тускнеют и не тускнеют из-за непроводимости. Серебро очень широко используется для всех видов менее важных приложений и намного дешевле.

Если вы сообщите нам фактические параметры, для которых вы проектируете, возможно, наши читатели дадут конкретный совет. Если вы ищете более общую информацию, если вы погуглите «Курс по проектированию электрических контактов», вы увидите, что существует любое количество семинаров и курсов по проектированию контактов, которые вы можете посетить.
finish.com стало возможным благодаря …
этот текст заменен на bannerText

Заявление об ограничении ответственности: на этих страницах невозможно полностью диагностировать проблему отделки или опасности операции. Вся представленная информация предназначена для общего ознакомления и не отражает профессионального мнения или политики работодателя автора. Интернет в основном анонимный и непроверенный; некоторые имена могут быть вымышленными, а некоторые рекомендации могут быть вредными.

Если вы ищете продукт или услугу, относящуюся к отделке металлов, пожалуйста, проверьте эти каталоги:

Сопротивление теплового контакта — 2011

Полезность аналогии между потоком электрического тока и потоком тепла становится очевидным когда удовлетворительное описание теплопередачи на границе раздела из двух проводящих сред. Из-за ограничений обработки нет двух твердые поверхности всегда образуют идеальный контакт при нажатии вместе. Между двумя контактирующими поверхностями всегда будут небольшие воздушные зазоры. из-за их шероховатости.

Через интерфейс между двумя контактирующими поверхностями, два режима теплопередача существует. Первый — это проводимость через точки от твердого тела к твердому. контакт (Qпроводимость) что очень эффективно. Во-вторых, проводимость через зазоры, заполненные газом. (Qgap) который, из-за низкой теплопроводности может быть очень плохой. Для лечения термического контактное сопротивление, межфазная проводимость, hc, размещается последовательно с проводящей средой с обеих сторон, как показано на следующая цифра.

Проводимость hc аналогична к коэффициенту конвективной теплопередачи и имеет те же единицы (Вт / м2 oK). Если DT — разница температур на границе раздела области A, тогда скорость теплопередачи Q определяется выражением Q = A hc DT. Использование электротермического аналогично можно записать Q = DT / Rt, где Rt — тепловое контактное сопротивление, которое определяется выражением Rt = 1 / (A hc).

Межфазная проводимость, hc, зависит от следующих факторов:

Чистота поверхности контактирующих граней.
Материал каждой грани.
Давление, с которым поверхности вынуждены вместе.
Вещество в промежутках между двумя контактирующими лица.

В следующей таблице приведены некоторые типичные значения межфазной проводимости. для нормальной обработки поверхности и умеренного контактного давления (от 1 до 10 атм). Воздушные зазоры не удаляются, если не указано иное:

Контактные лица	Проводимость (hc) (Вт / м2 ок)
Железо / алюминий	45 000
Медь / медь	10 000 — 25 000
Алюминий / алюминий	2200–12000
Нержавеющая сталь / нержавеющая сталь	2000 — 3700
Нержавеющая сталь / нержавеющая сталь (вакуумированные зазоры)	200–1100
Керамика / керамика	500–3000

В следующей таблице указано сопротивление теплового контакта для металлических интерфейсов в условиях вакуума:

Тепловое сопротивление, RthermalX10-4 (м2.К / Вт)
Контактное давление	100 кН / м2	10,000 кН / м2
Нержавеющая сталь	6-25	0,7-4,0
Медь	1-10	0,1-0,5
Магний	1.5-3,5	0,2-0,4
Алюминий	1,5-5,0	0,2-0,4

An Пример моделирования сопротивления теплового контакта

Коррозионная стойкость алюминиево-медных сплавов с различной зеренной структурой

Z.S. Смяловская, Питтинговая коррозия алюминия, Corros.Sci. , 1999, 41 , стр. 1743–1767. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2011.11.010

CAS Статья Google ученый

M.A. Amin, S.S. Abd El Rehim, S.O. Мусса, А.С. Эллити, Питтинговая коррозия сплавов Al и Al-Cu под действием ClO ₄ ^— Ионы в нейтральных сульфатных растворах, Электрохим. Acta , 2008, 53 , p 5644–5652. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2008.03.010

CAS Статья Google ученый

К.А. Ясаков, М. Желудкевич, М.Г.С. Феррейра, Роль интерметаллидов в коррозии алюминиевых сплавов. Smart Corrosion Protection , Elsevier Ltd., Амстердам, 2018 г., https://doi.org/10.1016/b978-0-85709-346-2.00015-7

Книга Google ученый

A. Boag, R.J. Тейлор, Т. Мустер, Н. Гудман, Д.Маккаллох, К. Райан, Б. Раут, Д. Джеймисон и А.Е. Хьюз, Формирование стабильной ямы на AA2024-T3 в среде NaCl, Corros. Sci. , 2010, 52 , стр. 90–103. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2009.08.043

CAS Статья Google ученый

К. Чжоу, Б. Ван, Ю. Чжао и Дж. Лю, Коррозия и электрохимическое поведение сплава 7A09 Al-Zn – Mg – Cu в водном хлоридном растворе, Trans. Цветные металлы.Soc. Китай , 2015, 25 , стр 2509–2515. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(15)63869-9

CAS Статья Google ученый

Р. Аррабаль, Б. Минго, А. Пардо, М. Мохедано, Э. Матыкина и И. Родригес, Точечная коррозия алюминиевого сплава Rheocast A356 в растворе NaCl 3,5 мас.%, Corros. Sci. , 2013, 73 , стр. 342–355. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2013.04.023

CAS Статья Google ученый

X. Hui Zhao, Y. Zuo, J. Mao Zhao, J. Ping Xiong и Y. Ming Tang, Исследование процесса самоуплотнения анодных пленок на алюминии, проведенное EIS, Surf. Покрытия Технол. , 2006, 200 , стр. 6846–6853. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.10.031

CAS Статья Google ученый

X. Ван, Дж. Ван и К. Фу, Определение характеристик питтинговой коррозии алюминиевого сплава 7A60 методами EN и EIS, Trans.Цветные металлы. Soc. Китай , 2014, 24 , стр. 3907–3916. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(14)63550-0

CAS Статья Google ученый

W.R. Osório, L.C. Пейшото, Р. Гарсия и А. Гарсия, Коррозионное поведение доэвтектических сплавов Al-Cu в растворах H ₂ SO ₄ и NaCl, Acta Metall. Грех. (English Lett.) , 2009, 22 , p 241–246. https://doi.org/10.1016/S1006-7191(08)60095-2

CAS Статья Google ученый

10.

А. Бану, М. Марку, О. Радовичи, Ч. Пирву и М. Василеску, Электрорастворение трех алюминиевых сплавов в кислотных, нейтральных и щелочных растворах, Rev. Roum. Чим. , 2006, 51 , стр. 193–198

CAS Google ученый

11.

I.L. Мюллер, Дж. Р. Гальвеле, Питтинговый потенциал бинарных алюминиевых сплавов высокой чистоты-I. Сплавы AlCu. Питтинговая и межкристаллитная коррозия, Corros. Sci. , 1977, 17 , стр. 179–193.https://doi.org/10.1016/0010-938X(77)-0

CAS Статья Google ученый

12.

Ю. Ким, Р.Г. Buchheit, P.G. Котула, Влияние легированной меди на локализованную коррозионную восприимчивость сплавов твердого раствора Al-Cu: характеристика поверхности с помощью XPS и STEM, Electrochim. Acta , 2010, 55 , p 7367–7375. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2010.06.069

CAS Статья Google ученый

13.

К.А. Ясаков, М. Желудкевич, М.Г.С. Феррейра, Коррозия и защита алюминиевых сплавов от коррозии, Elsevier , 2018, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409547-2.13870-3

Статья Google ученый

14.

A.S. Роман, К. Мендес, С.Е. Швезов, А.Е. Арес, Литье формы: 5-й Международный симпозиум 2014 г., в: Shape Cast. TMS 2014 , стр. 301–308. https://doi.org/10.1002/9781118888100

15.

A.E. Ares, L.M. Gassa, C.M. Méndez, C.E. Schvezov, Corrosión Electroquímica de las Aleaciones Al-Cu en Solución de Cloruro de Sodio, в: Nales Del 11 ° Congr. Бинационал-метал. и Матер., 2011

16.

A.S. Роман, К. Méndez, A.E. Ares, Aleaciones Al-Cu: Estructuras de Solidificaciòn y Comportamiento Electroquìmico, An. AFA. , 2014, 25 , стр. 57–62. https://doi.org/10.31527/analesafa.2014.25.2.57

Статья Google ученый

17.

W.R. Osório, J.E. Spinelli, I.L. Феррейра и А. Гарсия, Роль макросегрегации и расстояний между дендритными массивами на электрохимическое поведение сплава Al-4,5 мас.% Cu, Electrochim. Acta. , 2007, 52 , стр. 3265–3273. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2006.10.004

CAS Статья Google ученый

18.

Н. Бирбилис и Р.Г. Бухейт, Электрохимические характеристики интерметаллических фаз в алюминиевых сплавах, J.Электрохим. Soc. , 2005, 152 , стр. B140. https://doi.org/10.1149/1.1869984

CAS Статья Google ученый

19.

A.C. Vieira, A.M. Пинто, Л.А. Роча и С. Мишлер, Влияние размера и массопереноса осадков Al ₂ Cu на поведение поляризации закаленных старением сплавов Al-Si-Cu-Mg в 0,05 М NaCl, Electrochim. Acta. , 2011, 56 , стр. 3821–3828. https://doi.org/10.1016 / j.electacta.2011.02.044

CAS Статья Google ученый

20.

A.S. Роман, К. Мендес, К. Швезов, А.Е. Арес, Электрохимические свойства сплавов Al-Cu в растворах NaCl, в TMS 2015, Характеристика минералов, металлов и материалов 2015 , 2015, стр. 727–734. https://doi.org/10.1007/978-3-319-48191-3_92

21.

A.E. Ares, L.M. Gassa, C.E. Schvezov, S.F. Гейджман, Взаимосвязь между структурой и свойствами сплавов Al-Cu, в: Формованное литье.4-й Международный симпозиум (TMS, 2011), стр. 207–214. https://doi.org/10.1002/9781118062050.ch35

22.

W.R. Osório, J.E. Spinelli, C.M.A. Фрейре, М. Кардона и А. Гарсия, Роль Al ₂ Cu и дендритного измельчения в стойкости к коррозии поверхности доэвтектических сплавов Al-Cu, погруженных в H ₂ SO ₄, J. Alloys Compd. , 2007, 443 , стр. 87–93. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.10.010

CAS Статья Google ученый

23.

A.S. Роман, К. Мендес, А.Е. Арес, Коррозионная стойкость сплавов Al-Cu в зависимости от микроструктуры, Mater. Sci. Forum , 2014, 786 , стр. 100–107. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.783-786.100

CAS Статья Google ученый

24.

A.S. Роман, К. Мендес, А.Е. Арес, Comportamiento Electroquímico de las Aleaciones Al-Cu en Soluciones 1 M y 0,5 M de NaCl, in SAM / CONAMET, 2014

25.

J.A. Слюна, Переход от столбчатого зерна к равноосному в затвердевших сплавах, Int. Матер. Ред. , 2006 г., https://doi.org/10.1179/174328006X102493

Статья Google ученый

26.

А.Е. Арес, С.Е. Швезов, Параметры затвердевания при переходе от столбчатой формы к равноосной в сплавах свинец-олово, Metall. Матер. Пер. A. , 2000, 31 , p 1611–1625. https://doi.org/10.1007/s11661-000-0171-6

Статья Google ученый

27.

А.Е. Арес, К.Е. Швезов, Влияние термических параметров затвердевания на переход от столбчатой формы к равноосной в сплавах алюминий-цинк и цинк-алюминий, Металл. Матер. Пер. А , 2007, 38 , стр. 1485–1499. https://doi.org/10.1007/s11661-007-9111-z

CAS Статья Google ученый

28.

A.E. Ares, L.M. Gassa, S.F. Гейджман, Швезов К.Cryst. Рост , 2008, 310 , стр. 1355–1361. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2007.11.169

CAS Статья Google ученый

29.

S.F. Гейджман, С.Е. Швезов, А.Е. Арес, Вертикальное и горизонтально направленное затвердевание сплавов, разбавленных Zn-Al и Zn-Ag, Mater. Пер. , 2010, 51 , стр. 1861–1870. https://doi.org/10.2320/matertrans.M2010036

CAS Статья Google ученый

30.

Д. Б. Карвалью, А.Л. Морейра, Д.Дж. Моутиньо, Дж.М. Филью, О.Л. Роча, Дж. Э. Спинелли, Переход от столбчатого к равноосному горизонтальному нестационарному направленно-отвержденным сплавам Al-Si, Mater. Res. , 2013, 17 , с. 498–510. https://doi.org/10.1590/S1516-143

005000015

CAS Статья Google ученый

31.

A.E. Ares, S.F. Гейджман, С.Е.Швезов, Экспериментальное исследование перехода зерна из столбчатого в равноосный в доэвтектических и эвтектических сплавах алюминий-медь, J.Cryst. Рост , 2010, 312 , стр 2154–2170. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2010.04.040

CAS Статья Google ученый

32.

C. M. Rodriguez, Relación entre la Microestructura y la Microdureza de las Aleaciones Al-Cu Solidificadas Direccionalmente, Mg. Диссертация, Национальный университет Сан-Мартин (2013) http://www.isabato.edu.ar/tesis/rodriguez-mm-2013/

33.

G. Petzow, Metallographic Etching , 2nd ed., ASM International, Нью-Йорк, 2008

Google ученый

34.

Г. Вандер Воорт, Металлография и микроструктуры, в справочнике ASM (ASM International, 2004)

35.

W.S. Rasband, ImageJ, Национальный институт здоровья США, Бетесда, Мэриленд, США. https://imagej.nih.gov/ij/, 1997–2018 гг.

36.

M.D. Abramoff, P.J. Magalhaes и S.J. Ram, Обработка изображений с помощью ImageJ, Biophoton.Int. , 2004, 11 (7), стр. 36–42

Google ученый

37.

ASTM E112-13, Стандартные методы испытаний для определения среднего размера зерна, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2013, www.astm.org

38.

U.A. Сикейра, Термические параметры затвердевания, влияющие на столбчатое состояние к равноосному, Transition , 2002, 33 , p 2107–2118. https://doi.org/10.1007/s11661-002-0042-4

Статья Google ученый

39.

М.А.Марторано, К. Беккерман и К. Гандин, Механизм решения решающего взаимодействия для перехода от столбчатой формы к равноосной при затвердевании сплава, Metall. Матер. Пер. , 2003 г., https://doi.org/10.1007/s11661-003-0311-x

Статья Google ученый

40.

Бейкер Х., Фазовые диаграммы сплавов, том. 3, в ASM Handbook (ASM International, 1998), стр. 279–336

41.

M. Prates de Campos Filho, G.Дж. Дэвис, Solidifiçao e Fundicao de Metais e Suas Ligas, 1978, стр. 10–90. ( на португальском языке )

42.

W.R. Osório, C.M. Фрейре и А. Гарсия, Влияние дендритной микроструктуры на коррозионную стойкость сплавов Zn-Al, J. Alloys Compd. , 2005, 397 , стр. 179–191. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2005.01.035

CAS Статья Google ученый

43.

A.E.Арес, Л.М. Гасса, Коррозионная восприимчивость сплавов Zn-Al с различным зерном и дендритной микроструктурой в растворах NaCl, Corros. Sci. , 2012, 59 , стр. 290–306. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2012.03.015

CAS Статья Google ученый

44.

O.L. Роча, К.А. Сикейра, А. Гарсиа, Параметры теплового потока, влияющие на расстояние между дендритами во время нестационарного затвердевания сплавов Sn-Pb и Al-Cu, Metall.Матер. Пер. A. , 2003, 34 , p 995–1006. https://doi.org/10.1007/s11661-003-0229-3

Статья Google ученый

45.

J.R. Scully, T.O. Найт, Р. Buchheitt, D.E. Пиблест, Электрохимические характеристики интерметаллических фаз Al ₂ Cu, Al ₃ Ta и Al ₃ Zr и их значение для локальной коррозии алюминиевых сплавов, Corros. Квасцы. Квасцы. Сплав. , 1993, 35 , p 185–195.https://doi.org/10.1016/0010-938X(93)-A

CAS Статья Google ученый

46.

H.-H. Штрихблоу, П. Маркус, Механизмы питтинговой коррозии, в: П. Маркус (Ред.), Механизмы коррозии в теории и практике , 3-е изд. (CRE Press, Пенсильвания, 2012 г.), стр. 382. https://doi.org/10.1002/maco.2003

47.

К.Д. Ральстон, Н. Бирбилис и К.Х.Дж. Дэвис, Выявление взаимосвязи между размером зерна и скоростью коррозии металлов, Scr.Матер. , 2010, 63 , стр. 1201–1204. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2010.08.035

CAS Статья Google ученый

48.

F.J. Martin, G.T. Чик, W.E. О’Грэйди и П. Натишан, Исследования импеданса пассивной пленки на алюминии, Corros. Sci. , 2005, 47 , стр. 3187–3201. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2005.05.058

CAS Статья Google ученый

49.

после полудня. Натишан и У. О’Грейди, Взаимодействие хлорид-иона с алюминием, покрытым оксидом, ведущее к питтинговой коррозии: обзор, J. Electrochem. Soc. , 2014, 161 , стр. C421 – C432. https://doi.org/10.1149/2.1011409jes

CAS Статья Google ученый

50.

A.S. Роман, К. Мендес, А.Е. Арес, Коррозионная стойкость сплавов Al-Cu в зависимости от микроструктуры, Mater. Sci. Форум. , 2014 г., https: // doi.org / 10.4028 / www.scientific.net / MSF.783-786.100

Статья Google ученый

51.

М. Бюхлер, Т. Ватари и W.H. Смирл, Исследование инициирования локальной коррозии алюминиевых сплавов с помощью флуоресцентной микроскопии, Corros. Sci. , 2000, 42 , стр. 1661–1668. https://doi.org/10.1016/S0010-938X(00)00020-2

Статья Google ученый

52.

Г. Франкель, Электрохимические методы коррозии: состояние, ограничения и потребности, J. ASTM Int. , 2008, 5 , стр. 1-27. https://doi.org/10.1520/JAI101241

Статья Google ученый

53.

A.S. Роман, К. Мендес, С.Е. Швезов, А.Е. Арес, Электрохимические свойства сплавов Al-Cu в растворах NaCl, в Ежегодном собрании TMS (2015). https://doi.org/10.1007/978-3-319-48191-3_92

54.

М. Оразем и Б. Триболлет, Спектроскопия электрохимического импеданса , Wiley, Hoboken, 2008, стр. 157–159

Книга Google ученый

55.

W.R. Osório, E.S. Фрейтас, А. Гарсия, EIS и потенциодинамические исследования поляризации несмешивающихся монотектических сплавов Al-In, Electrochim. Acta , 2013, 102 , стр. 436–445. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.04.047

CAS Статья Google ученый

56.

Р. Ороско-Крус, Р. Гальван-Мартинес, Э.А. Мартинес, И. Фернандес-Гомес, La técnica de Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS) aplicada al estudio de degradación de aleaciones de aluminio en solución salina, in XXV Congr. LA Soc. Мекс. ELECTROQUÍMICA (2010), стр. 693–703

57.

Р. Олтра и М. Кеддам, Применение метода импеданса к локальной коррозии, Corros. Sci. , 1988, 28 , стр. 1–18. https://doi.org/10.1016/0010-938X(88)

-9

CAS Статья Google ученый

58.

В.Ф. Львович, Приложения импедансной спектроскопии к электрохимическим и диэлектрическим явлениям , Wiley, Hoboken, 2012

Книга Google ученый

59.

J.C.S. Фернандес и М. Феррейра, Исследования электрохимического импеданса чистого алюминия в растворе карбоната, J. Appl. Электрохим. , 1990, 20 , стр. 874–876. https://doi.org/10.1007/BF01094320

CAS Статья Google ученый

60.

L. Chen, N. Myung, P.T.A. Сумоджо, К. Нобе, Сравнительное исследование электрохимического растворения и локальной коррозии 2024Al в галогенидных средах, Electrochim. Acta , 1999, 44 , p 2751–2764. https://doi.org/10.1016/S0013-4686(98)00397-1

CAS Статья Google ученый

61.

П. Маркус, Ф. Мансфельд, Электрохимическая импедансная спектроскопия, в Аналитические методы в науке о коррозии и инженерии, (Тейлор / Фр., Бока-Ратон, 2005), стр. 463–507.https://doi.org/10.1201/9781420028331

62.

Г. Шекуларак, И. Милошев, Коррозия алюминиевого сплава AlSi7Mg0.3 в искусственной морской воде с добавлением сульфида натрия, Коррозия. Sci. , 2018, 144 , стр. 54–73. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.08.038

CAS Статья Google ученый

63.

A.S. Роман, К. Мендес, С.Е. Швезов, А.Е. Арес, Электрохимическое поведение Al-lwt.% Cu и сплавы Al-4,5 мас.% Cu, на ежегодном собрании TMS (2014)

64.

J.R. Scully, D.E. Пиблз, А.Д. Ромиг, Д. Фрер и К.Р. Хиллс, Металлургические факторы, влияющие на коррозию тонких пленок алюминиевых сплавов, сплавов AI-Cu и AI-Si в разбавленном растворе плавиковой кислоты, Metall. Пер. A. , 1992, 23 , p 2641–2655. https://doi.org/10.1007/BF02658068

Статья Google ученый

65.

C.M. Родригес, А. AFA. , 2011, 23 , стр. 42–50. https://doi.org/10.31527/analesafa.2013.23.2.42

Статья Google ученый

влияние температуры и электрического тока

ОПЕРАЦИИ IEEE НА КОМПОНЕНТЫ, УПАКОВКУ И ТЕХНОЛОГИЮ ИЗГОТОВЛЕНИЯ — ЧАСТЬ A,

VOL.

НЕТ. МАРТ 1994

в условиях слабого тока

или

переменного тока. Следовательно, поскольку в настоящей работе использовался переменный ток сравнительно низкой плотности

(

lo3

А / см2), маловероятно, что сама по себе электромиграция

—

будет

рабочим механизмом, ответственным за наблюдаемое ускорение

. образование интерметаллических фаз в электрически термообработанных

Al-Cu, биметаллических соединениях.

Альтернативой является то, что ускоренное образование металлических фаз интер-

является результатом усиленной диффузии некоторых частиц

, наиболее вероятно, меди. Увеличение может привести к

из-за концентрации вакансий и межузельных атомов, превышающей

их соответствующих равновесных значений, таким образом увеличивая долю от вакансий и промежуточных звеньев до

скорости диффузии.

Действительно, обширная экспериментальная и теоретическая работа

в общей области

поведения облученных материалов

показала, что атомные подвижности могут быть увеличены при облучении ионами

на многие порядки величины.Это, хотя

является довольно привлекательной возможностью, маловероятно, поскольку

немыслимо, чтобы ток относительно низкой плотности мог вызвать

заметных изменений

концентрации вакансий и междоузлий

, как в случае облученных материалов. .

Другой возможный механизм заключается в том, что ускоренная диффузия oc-

cur проходит через некоторые пути распространения при коротком замыкании, а не через

решетку.Такие короткие пути диффузии, называемые «трубчатой диффузией»,

могут быть

дислокациями,

границами зерен и субзерен. Диффузия

по этим путям оказывается значительно быстрее (на несколько порядков

), чем диффузия тех же частиц

через решетку

[lo].

Если «трубная диффузия» является действующим механизмом, то

кинетика образования и роста интерметаллической фазы

приводит к выводу, что подвижность диффундирующих частиц,

, вероятно, меди, намного выше в присутствии электрическое поле

, чем в градиенте температуры.Следовательно, считается

, что взаимодействие между приложенным электрическим полем и дефектами решетки

, особенно дислокациями и границами зерен, увеличивает

миграцию диффундирующих частиц по этим коротким диффузионным путям цепи и, таким образом, ускоряет образование

интерметаллиды.

Отсутствие определенных фаз в образцах, термообработанных электрическим током

, можно отнести к увеличению времени инкубации

некоторых фаз, вызванному наличием электрического поля

, другими словами, рост этих фаз из их критических зародышей

подавляется диффузионным взаимодействием с

критических зародышей соседних фаз, имеющих большую диффузионную проницаемость

Это хорошо согласуется с результатами исследования

, посвященное влиянию электрического тока на пласт.

и рост интерметаллических фаз в системе AI-Au

[12]

, где было показано, что электрический ток может ускорять

или

подавлять рост определенных фазы.

Очевидно, что необходимы дальнейшие исследования для выяснения точной природы наблюдаемого воздействия электрического тока

на

кинетики образования и роста интерметаллических фаз в

биметаллических сварных соединениях

Al-Cu. Это представляет особый интерес

, поскольку появляется все больше свидетельств того, что механические свойства

, такие как ползучесть, релаксация напряжений, напряжение течения и

, также перекристаллизовываются, восстанавливаются и.рост зерен может быть существенно изменен, а структура изменена под действием электрического тока

В сводке

это может быть

заявлено, что электрический ток

оказывает выраженное влияние

на

морфологию биметаллических соединений Al-Cu

, которые, в свою очередь, могут значительно влияют на передачу тока

через контактный интерфейс и, следовательно, на их надежность

в электрических установках.

ВЫВОДЫ

1) Результаты показывают, что образование и рост интерметаллических фаз

в биметаллических соединениях алюминий-медь —

сварных соединениях — выраженное влияние

на

их механическое и

электрическая целостность.

Вредное воздействие интерметаллических фаз проявляется

в повышенной хрупкости

контактного интерфейса

Образование интерметаллических фаз вызывает значительное увеличение контактного сопротивления на

, которое, как было установлено, увеличивается линейно с увеличением толщины образующихся интерметаллидов.

Интерметаллические фазы могут образовываться относительно быстро

при температурах, обычно принимаемых как нормальные рабочие, и при температурах перегрузки

для соединителей

в сети

Наличие электрического поля

значительно ускоряет кинетику образования

интерметаллических фаз

и существенно изменяет их морфологию.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Авторы выражают благодарность A. Joly,

Larouche,

Dufresne и

St-Onge за техническую помощь

и успешное выполнение этой работы.

ССЫЛКИ

[I]

Диксон и

Нельсон, «Влияние повышенной температуры

на сварные оплавлением соединения алюминия и меди»,

Пер.

AIEE

/ I,

об. 78, pp.

, 1960.

[2] E. R. Wallach и

Davis, «Механические свойства алюминия —

медных сварных швов в твердой фазе»,

Metals Tech..

стр. 183-190, апрель 1977 г.

[3] «Совместное сопротивление и токопроводящие дорожки в термообработанных алюминиевых швах

твердотельных сварных швов из твердой меди»,

Металлы

Sci ..

стр. 97-102, мар.

1977 г.

[4]

Д.

М. Рабкин,

В.

Р.

Рябов А.

В.

Лозовская,

Т.

А. Довженко,

«Получение и свойства медно-алюминиевого интерметаллида —

фунта»,

Сов.Порошковый металл. Ceram.,

№ 8, (92), pp. 695-700, 1970.

[5] MM Nakamura, Y. Yonezawa, T. Nakanishi, and

Kondo, “Dura-

bility AI-Cu hot сварочные соединения под давлением »,

Wire

J.,

pp. 71-78, апр.

1977.

[6]

A. Rayne и

L Бауэр, «Влияние образования интерметаллической фазы

на электрические и механические свойства сваренных оплавлением пар AI-Cu»,

Proc.5th Bolton Landing

Con $

Weldments,

General Electric, 1979,

[7] C.

Bauer и

Lessmann, «Методы соединения металлов»,

Ред.

[8] Р. Тимсит, «Электрическая соединяемость алюминиевого провода», Отчет CEA

[9]

Б. Хантингтон, «Электромиграция в металлах», в

Diffusion

Твердых тел:

Нью-Йорк:

стр.353-363.

Материалы

Наука,

т.

pp. 361-387, 1976.

76-19, pp. 84-89, 1985.

Recent Developments,

Nowick и

Burton,

Eds.

Academic, 1974. гл.

[lo]

Gjosten,

D @ sion,

ASM, 1973, p. 241.

[ll] A.

Гусак,

Гуров, “Кинетика фазообразования в диффузионной зоне

при взаимной диффузии.

Медь или алюминий — что выгоднее

Сопротивление ом на метр. Удельное сопротивление железа, алюминия, меди и других металлов. Удельное сопротивление изоляторов

Опыты Георга Ома

Формулы

Особенности металлов

Сверхпроводимость

Технические характеристики стали

Удельное сопротивление и другие показатели

Проводимость и сопротивление

Проводники и диэлектрики

Зависимость от факторов внешней среды

Удельное сопротивление различных проводников

Электротомография

Определения удельного сопротивления на практике

лекции по курсу Электротехнические материалы

Проводниковые материалы

Омедненная витая пара | Официальный сайт ITK

Удельное сопротивление электротехнических материалов зависит. Удельное сопротивление меди и алюминия для расчетов

Виды удельного сопротивления

Таблица

Железо как проводник в электротехнике

Удельное сопротивление

Зависимость удельного сопротивления от деформаций

Влияние температуры на удельное сопротивление

Зависимость удельного сопротивления от температуры

Температурный коэффициент сопротивления

Явление сверхпроводимости

Примеры использования значений удельного сопротивления при расчетах

Проводниковые металлы и сплавы

Медные и алюминиевые провода: плюсы и минусы — Домострой

Медь или алюминий?

Почему нельзя соединять медь и аллюминий?

проводников из меди и алюминия

Алюминиево-медные сплавы — обзор

4.11.3.4 Медное покрытие

Алюминиевые сплавы 101 | The Aluminium Association

Quick Read

Полезные факты

Алюминиевый сплав 101

Технически чистый алюминий

1xxx Серия

Термообрабатываемые сплавы

2xxx Серия

6xxx Серия

7xxx Серия

Сплавы без термической обработки

3xxx Серия

4xxx Серия

5xxx Серия

Создание новых сплавов

Золото, Серебро, Медь, Алюминий — какой проводник лучше?

Окисление или потускнение меди акустического кабеля

Сопротивление теплового контакта — 2011

Коррозионная стойкость алюминиево-медных сплавов с различной зеренной структурой

влияние температуры и электрического тока

Добавить комментарий Отменить ответ