Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Электропроводность меди и серы
Электропроводность - медь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4
Электропроводность - медь
Cтраница 4
Алюминий имеет высокую электропроводность ( 62 % электропроводности меди), что затрудняет его сварку. Кроме того, значительным препятствием для сварки алюминия служит тугоплавкая пленка АЬОз, образующаяся при нагреве на поверхностях деталей. [46]
Например, серебро почти не влияет на электропроводность меди. Поэтому сплав меди, содержащий приблизительно 0 25 % серебра, применяют для изготовления обмоток сверхмощных турбогенераторов. Серебро в этом сплаве повышает прочность и снижает скорость ползучести. [48]
Электропроводность стали в 6 - 7 раз меньше электропроводности меди. [49]
Электропроводность гафния высокой чистоты составляет 6 % от электропроводности меди. Примеси резко увеличивают электросопротивление гафния и его соединений и уменьшают термический коэффициент. [50]
Электропроводность алюминия составляет 62 - 65 % от электропроводности меди. На воздухе алюминий покрывается тонкой, но прочной пленкой окиси, защищающей его от коррозии. Соли ртути, щелочи, соляная кислота и некоторые ее соли сильно разъедают его. [51]
Обладая высокой электропроводностью в исходном состоянии ( 90 % электропроводности меди), этот сплав имеет меньший температурный коэффициент сопротивления, чем медь. Несмотря на то, что для работы при повышенных температурах проволока из сплава № 204 должна иметь защитное покрытие, по стойкости к окислению он также превосходит медь. В связи с высокой жаропрочностью этот сплав является пока незаменимым для обмоточных проводов, эксплуатируемых при 600 - 700 С в инертной среде или вакууме. [52]
При наличии примесей кислорода и висмута в указанных количествах электропроводность меди почти не изменяется, относительное удлинение резко снижается, а пределы прочности и усталости повышаются. Под действием примесей кислорода и железа, одновременно присутствующих в меди, ее электропроводность и удлинение резко снижаются, а пределы прочности и усталости, как и в первом случае, заметно повышаются. [53]
Примеси висмута, свинца, серы и др. незначительно влияют на электропроводность меди, но резко снижают ее механические свойства и являются вредными. [55]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Медь: электропроводность, свойства, особенности и применение
Во многих отраслях современной промышленности очень широко используется такой материал, как медь. Электропроводность у этого металла очень высокая. Этим и объясняется целесообразность его применения прежде всего в электротехнике. Из меди получаются проводники с отличными эксплуатационными характеристиками. Конечно же, используется этот металл не только в электротехнике, но и в других отраслях промышленности. Объясняется его востребованность в том числе и такими его качествами, как стойкость к коррозионным разрушениям в ряде агрессивных сред, тугоплавкость, пластичность и т.д.
Историческая справка
Медь является металлом, известным человеку с глубокой древности. Объясняется раннее знакомство людей с эти материалом прежде всего его широкой распространенностью в природе в виде самородков. Многие ученые считают, что именно медь была первым металлом, восстановленным человеком из кислородных соединений. Когда-то горные породы просто нагревали на костре и резко остужали, в результате чего они растрескивались. Позднее восстановление меди начали производить на кострах с добавлением угля и поддувом мехами. Совершенствование этого способа в конечном итоге привело к созданию шахтной печи. Еще позже этот металл начали получать методом окислительной плавки руд.
Медь: электропроводность материала
В спокойном состоянии все свободные электроны любого металла вращаются вокруг ядра. При подключении внешнего источника воздействия они выстраиваются в определенной последовательности и становятся носителями тока. Степень способности металла пропускать сквозь себя последний и называется электропроводностью. Единицей ее измерения в Международной СИ является сименс, определяемый как 1 См = 1 Ом-1.
Электропроводность меди очень высока. По этому показателю она превосходит все известные на сегодня неблагородные металлы. Лучше нее ток пропускает только серебро. Показатель электропроводности меди составляет 57х104 см-1 при температуре в +20 °С. Благодаря такому своему свойству этот металл на данный момент является самым распространенным проводником из всех используемых в производственных и бытовых целях.
Медь отлично выдерживает постоянные электрические нагрузки и к тому же отличается надежностью и долговечностью. Помимо всего прочего, этот металл характеризуется и высокой температурой плавления (1083,4 °С). А это, в свою очередь, позволяет меди долгое время работать в нагретом состоянии. По распространенности в качестве проводника тока конкурировать с этим металлом может только алюминий.
Влияние примесей на электропроводность меди
Конечно же, в наше время для выплавки этого красного металла используются гораздо более совершенные методики, чем в древности. Однако и сегодня получить совершенно чистый Cu практически невозможно. В меди всегда присутствуют разного рода примеси. Это могут быть, к примеру, кремний, железо или бериллий. Между тем, чем больше примесей в меди, тем меньше показатель ее электропроводности. Для изготовления проводов, к примеру, подходит только достаточно чистый металл. Согласно нормативам, для этой цели можно использовать медь с количеством примесей, не превышающем 0.1 %.
Очень часто в этом металле содержится определенный процент серы, мышьяка и сурьмы. Первое вещество значительно снижает пластичность материала. Электропроводность меди и серы сильно различается. Ток эта примесь совершенно не проводит. То есть является хорошим изолятором. Однако на электропроводность меди сера не влияет практически никак. То же самое касается и теплопроводности. С сурьмой и мышьяком наблюдается обратная картина. Эти элементы электропроводность меди способны снижать значительно.
Сплавы
Разного рода добавки могут использоваться и специально для повышения прочности такого пластичного материала, как медь. Электропроводность ее они также снижают. Но зато их применение позволяет значительно продлить срок службы разного рода изделий.
Чаще всего в качестве повышающей прочность меди добавки используется Cd (0.9 %). В результате получается кадмиевая бронза. Ее проводимость составляет 90 % от проводимости меди. Иногда вместо кадмия в качестве добавки используют также алюминий. Проводимость этого металла составляет 65 % от этого же показателя меди. Для повышения прочности проводов в виде добавки могут применяться и другие материалы и вещества — олово, фосфор, хром, бериллий. В результате получается бронза определенной марки. Соединение меди с цинком называется латунью.
Характеристики сплавов
Зависеть электропроводность металлов может не только от количества имеющихся в них примесей, но и от других показателей. К примеру с повышением температуры нагрева способность меди пропускать сквозь себя ток снижается. Оказывает влияние на электропроводность такой проволоки даже способ ее изготовления. В быту и на производстве могут использоваться как мягкие отожженные медные проводники, так и твердотянутые. У первой разновидности способность пропускать сквозь себя ток выше.
Однако больше всего влияют, конечно же, используемые добавки и их количество на электропроводность меди. Таблица ниже представляет читателю исчерпывающую информацию относительно способности пропускать ток наиболее распространенных сплавов этого металла.
Сплав | Состояние (О — отожженная, Т-твердотянутая) | Электропроводность (%) |
Чистая медь | О | 101 |
Т | 98 | |
Оловянная бронза (0.75 %) | О | 55-60 |
Т | 50-55 | |
Кадмиевая бронза (0.9 %) | О | 95 |
Т | 83-90 | |
Алюминиевая бронза (2,5 % А1, 2 % Sn) | О | 15-18 |
Т | 15-18 | |
Фосфористая бронза (7 % Sn, 0,1 % Ρ) | О | 10-15 |
Т | 10-15 |
Электропроводность латуни и меди сравнима. Однако у первого металла этот показатель, конечно же, немного ниже. Но при этом он и выше, чем у бронз. В качестве проводника латунь используется довольно-таки широко. Ток она пропускает хуже меди, но при этом и стоит дешевле. Чаще всего из латуни делают контакты, зажимы и различные детали для радиоаппаратуры.
Медные сплавы высокого сопротивления
Такие проводниковые материалы применяют в основном при изготовлении резисторов, реостатов, измерительных приборов и электронагревательных устройств. Чаще всего для этой цели используются медные сплавы константан и манганин. Удельное сопротивление первого (86 % Cu, 12 % Mn, 2 % Ni) составляет 0.42-0.48 мкОм/м, а второго (60 % Cu, 40 % Ni) — 0.48-0.52 мкОм/м.
Связь с коэффициентом теплопроводности
Удельная электропроводность меди - 59 500 000 См/м. Этот показатель, как уже упоминалось, верен, однако только при температуре +20 оС. Между коэффициентом теплопроводности любого металла и удельной проводимостью существует определенная связь. Устанавливает его закон Видемана — Франца. Выполняется он для металлов при высоких температурах и выражается в такой формуле: K/γ = π2 / 3 (k/e)2T, где y — удельная проводимость, k — постоянная Больцмана, e — элементарный заряд.
Разумеется, существует подобная связь и у такого металла, как медь. Теплопроводность и электропроводность у нее очень высокие. На втором месте после серебра она находится по обоим этим показателям.
Соединение медных и алюминиевых проводов
В последнее время в быту и промышленности начало использоваться электрооборудование все более высокой мощности. Во времена СССР проводка изготавливалась в основном из дешевого алюминия. Новым требованиям ее эксплуатационные характеристики, к сожалению, уже не соответствуют. Поэтому сегодня в быту и в промышленности очень часто алюминиевые провода меняются на медные. Основным преимуществом последних, помимо тугоплавкости, является то, что при окислительном процессе их токопроводящие свойства не уменьшаются.
Часто при модернизации электросетей алюминиевые и медные провода приходится соединять. Делать это напрямую нельзя. Собственно, электропроводность алюминия и меди различается не слишком сильно. Но только у самих этих металлов. Окислительные же пленки у алюминия и меди свойства имеют неодинаковые. Из-за этого значительно снижается проводимость в месте соединения. Окислительная пленка у алюминия отличается гораздо большим сопротивлением, чем у меди. Поэтому соединение этих двух разновидностей проводников должно производиться исключительно через специальные переходники. Это могут быть, к примеру, зажимы, содержащие пасту, защищающую металлы от появления окиси. Данный вариант переходников обычно используется при соединении проводов на улице. В помещениях чаще применяются ответвительные сжимы. В их конструкцию входит специальная пластина, исключающая прямой контакт между алюминием и медью. При отсутствии таких проводников в бытовых условиях вместо скручивания проводов напрямую рекомендуется использовать шайбу и гайку в качестве промежуточного «мостика».
Физические свойства
Таким образом, мы выяснили, какая электропроводность у меди. Показатель этот может меняться в зависимости от входящих в состав этого металла примесей. Однако востребованность меди в промышленности определяется идругими ее полезными физическими свойствами, получить информацию о которых можно из представленной ниже таблицы.
Параметр | Значение |
Решетка | Гранецентрированная кубическая, а=3.6074 Å |
Атомный радиус | 1,28 Å |
Удельная теплоемкость | 385,48 дж/(кг·К) при +20 оС |
Теплопроводность | 394,279 вт/(м·К) при +20 оС |
Электрическое сопротивление | 1,68·10-8 Ом·м |
Коэффициент линейного расширения | 17,0·10-6 |
Твердость | 350 Мн/м2 |
Предел прочности при растяжении | 220 Мн/м2 |
Химические свойства
По таким характеристикам медь, электропроводность и теплопроводность которой очень высокие, занимает промежуточное положение между элементами первой триады восьмой группы и щелочными первой группы таблицы Менделеева. К основным ее химическим свойствам относят:
склонность к комплексообразованию;
способность давать окрашенные соединения и нерастворимые сульфиды.
Наиболее характерным для меди является двухвалентное состояние. Сходства с щелочными металлами она не имеет практически никакого. Химическая активность ее также невелика. В присутствии СО2 или же влаги на поверхности меди образуется зеленая карбонатная пленка. Все соли меди являются ядовитыми веществами. В одно- и двухвалентном состоянии этот металл образует очень устойчивые комплексные соединения. Наибольшее значение для промышленности имеют аммиачные.
Сфера использования
Высокая тепло- и электропроводность меди определяет ее широкое применение в самых разных отраслях промышленности. Конечно же, чаще всего этот металл используется в электротехнике. Однако это далеко не единственная сфера его применения. Помимо всего прочего, медь может использоваться:
в ювелирном деле;
в архитектуре;
при сборке водопроводных и отопительных систем;
в газопроводах.
Для изготовления разного рода ювелирных изделий используется в основном сплав меди с золотом. Это позволяет увеличить стойкость украшений к деформациям и истиранию. В архитектуре медь может использоваться при облицовке кровель и фасадов. Основным преимуществом такой отделки является долговечность. К примеру, листами именно этого металла обшита крыша широко известной архитектурной достопримечательности — католического собора в немецком городе Хильдесхайме. Медная кровля этого здания надежно защищает его внутреннее пространство вот уже почти 700 лет.
Инженерные коммуникации
Основными преимуществами медных водопроводов также являются долговечность и надежность. Кроме того, этот металл способен придавать воде особые уникальные свойства, делая ее полезной для организма. Для сборки газопроводов и систем отопления медные трубы также подходят идеально - в основном благодаря своей коррозийной стойкости и пластичности. При аварийном повышении давления такие магистрали способны выдерживать гораздо большую нагрузку, чем стальные. Единственным недостатком медных трубопроводов является их дороговизна.
4u-pro.ru
Электрическая проводимость - медь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Электрическая проводимость - медь
Cтраница 1
Электрическая проводимость меди зависит от содержания примесей. При наличии даже небольшого количества примесей электрическая проводимость резко падает. [1]
Электрическая проводимость меди заметно не изменяется под влиянием висмута, свинца, серы, селена и теллура, сильно снижается под влиянием незначительных количеств мышьяка, а также сурьмы. [2]
В табл. 4 для сравнения приведена электрическая проводимость меди при комнатной температуре. Оказывается, что проводимость плазмы много меньше проводимости меди. Поэтому стенки канала и приходится набирать из изолированных друг от друга медных шайб. [3]
Ом 1 - cvr1), составляющая 57 % электрической проводимости меди. [4]
В зависимости от чистоты электрическая проводимость технического алюминия составляет 62 - 65 % от электрической проводимости меди, но алюминий легче меди в 3 3 раза и поэтому для изготовления проводников одинаковой электрической проводимости потребуется алюминия в 2 16 раза меньше, чем меди. [5]
Проводниковую медь получают из слитков путем гальванической очистки в электролитических ваннах. Даже ничтожное количество примесей резко снижает электрическую проводимость меди. Почти все изделия из меди для электротехнической промышленности изготовляются путем проката, прессовки и волочения. Волочением получаются провода диаметром до 0 005 мм, ленты толщиной до 0 1 мм и фольга толщиной до 0 008 мм. При механических деформациях медь подвергается наклепу, который устраняется при термообработке. [6]
Удельный вес никеля, наносимого гальваническим путем, равен 8 9; точка плавления 1455 С. Электрическая проводимость никеля составляет лишь 15 % электрической проводимости меди. При высокой температуре на никеле появляются цвета побежалости, однако в окисляющей атмосфере при температуре до 800 С никель не изменяет своих свойств. В щелочах и органических кислотах никель не растворяется, в серной и соляной кислотах он растворяется медленно, в азотной кислоте хорошо. [7]
Он очень пластичен, легко прокатывается в фольгу и протягивается в проволоку. Прекрасный проводник электрического тока - его электрическая проводимость сравнима с электрической проводимостью меди. [8]
В виде чистого металла алюминий используется для изготовления химической аппаратуры, электрических проводов, конденсаторов. Хотя электрическая проводимость алюминия меньше, чем у меди ( около 60 % электрической проводимости меди), но это компенсируется легкостью алюминия, позволяющей делать провода более толстыми: при одинаковой электрической проводимости масса алюминиевого провода вдвое меньше медного. [9]
В виде чистого металла алюминий используется для изготовления химической аппаратуры, электрических проводов, конденсаторов. Хотя электрическая проводимость алюминия меньше, чем у меди ( около 60 % электрической проводимости меди), но это компенсируется легкостью алюминия, позволяющей делать провода более толстыми: при одинаковой электрической проводимости алюминиевый провод весит вдвое меньше медного. [10]
В виде чистого металла алюминий используется для изготовления химической аппаратуры, электрических проводов, конденсаторов. Хотя электрическая проводимость алюминия меньше, чем у меди ( около 60 % электрической проводимости меди), но это компенсируется легкостью алюминия, позволяющей делать провода более толстыми: при одинаковой электрической проводимости алюминиевый провод весит вдвое меньше медного. [11]
В виде чистого металла алюминий используется для изготовления химической аппаратуры, электрических проводов, конденсаторов. Хотя электрическая проводимость алюминия - меньше, чем у меди ( около 60 % электрической проводимости меди), но это компенсируется легкостью алюминия, позволяющей делать провода более толстыми: при одинаковой электрической проводимости алюминиевый провод весит вдвое меньше медного. [12]
В нагревостойких проводах с асбестовой изоляцией широко используется биметаллическая проволока, где сердечником служит медь, а покрытием - никель. В качестве примера такого использования можно привести провода типа Heat ( фирма Continental Wire and Cable Co, США), рассчитанные на рабочую температуру 538 С. Их электрическая проводимость составляет 70 % электрической проводимости меди. Недостатком такого типа токо-проводящих жил является то, что при температуре, близкой к 500 С, начинается интенсивная взаимная диффузия металлов сердечника и оболочки ( меди и никеля), что приводит к значительному росту электрического сопротивления. Это явление сопровождается ростом зерен меди и окислением никелевой оболочки. В результате этого заметно ухудшаются механические параметры проволоки. Свойства биметаллической проволоки Си-Ni описаны и лоэтому в данной работе не приводятся. [13]
Он очень пластичен, легко прокатывается в фольгу к протягивается в проволоку. Прекрасный проводник электрического тока - его электрическая проводимость сравнима с электрической проводимостью меди. [14]
Кадмий сильно поглощает медленные нейтроны. Поэтому его используют в виде стержней в ядерных реакторах для регулирования скорости цепной реакции. Сплавы меди, содержащие - 1 % Cd, служат для изготовления проводов, подвергающихся трению от скольжения контактов; не снижая электрической проводимости меди, кадмий улучшает ее механические свойства. Кадмирование стальных изделий лучше, чем цинковое покрытие, предохраняет железо и сталь от ржавления. Из солей кадмия наибольшее применение имеет сульфид. Сульфид кадмия применяется для изготовления краски и цветных стекол. [15]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
