Электрическая проводимость меди. Медь: характеристика. Электрическая проводимость железа и меди
| Материал | Проводимость | Сопротивление | |
| (% IACS) | (Сименс/м) | (Ом*м) | |
| Железо и чугун | |||
| Железо чистое | 18.00 | 1.044*107 | 9.579*10-8 |
| В слитке Iron Ingot (непр.назв.ignot) (99.9% Fe) | 15.60 | 9.048*106 | 1.105*10-7 |
| Низкоуглеродистый белый чугун | 3.25 | 5.300*10-7 | |
|
Мартенситное хромо-никелевое (стое) железо /martensitic nickel-chromium iron |
2.16 | 8.000*10-7 | |
| Высококремнистый чугун / high-silicon iron | 3.45 | 5.000*10-7 | |
| Железо-никелевые сплавы/ h igh-nickel iron | 1.0-1.2 | 1.4*10-6--1.7*10-6 | |
| Хромо-никелевое кремнистое железо / nickel-chromium-silicon iron | 1.0-1.2 | 1.5*10-6--1.7*10-6 | |
| Алюминиево-железные сплавы/ high-aluminum iron | 0.72 | 2.400*10-6 | |
| Кремнистый чугун/ medium-silicoon ductile iron | 2.0-3.0 | 5.8*10-7--8.7*10-7 | |
| Ниель-железные сплавы / high-nickel ductile (20% Ni) | 1.69 | 1.020*10-6 | |
| Углеродистые и низколегированные стали. AISI | |||
| 1008 (Отожженная) | 11.81 | 1.460*10-7 | |
| 1010 | 12.06 | 1.430*10-7 | |
| 1015 (Отожженная) | 10.84 | 1.590*10-7 | |
| 1016 (Отожженная) | 10.78 | 1.600*10-7 | |
| 1018 (Отожженная) | 10.84 | 1.590*10-7 | |
| 1020 | 10.84 | 1.590*10-7 | |
| 1022 (Отожженная) | 10.84 | 1.590*10-7 | |
| 1025 (Отожженная) | 10.84 | 1.590*10-7 | |
| 1029 (Отожженная) | 10.78 | 1.600*10-7 | |
| 1030 (Отожженная) | 10.39 | 1.660*10-7 | |
| 1035 (Отожженная) | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1040 (Отожженная) | 10.78 | 1.600*10-7 | |
| 1042 (Отожженная) | 10.08 | 1.710*10-7 | |
| 1043 (Отожженная) | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1045 (Отожженная) | 10.64 | 1.620*10-7 | |
| 1046 | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1050 (Отожженная) | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1055 | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1060 | 9.58 | 1.800*10-7 | |
| 1065 | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1070 | 10.26 | 1.680*10-7 | |
| 1078 (Отожженная) | 9.58 | 1.800*10-7 | |
| 1080 | 9.58 | 1.800*10-7 | |
| 1095 | 9.58 | 1.800*10-7 | |
| 1137 | 10.14 | 1.700*10-7 | |
| 1141 | 10.14 | 1.700*10-7 | |
| 1151 | 10.14 | 1.700*10-7 | |
| 1524 | 8.29 | 2.080*10-7 | |
| 1524 (Отожженная) | 10.78 | 1.600*10-7 | |
| 1552 | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 4130 (Закаленная и отпущенная) | 7.73 | 2.230*10-7 | |
| 4140 (Закаленная и отпущенная) | 7.84 | 2.200*10-7 | |
| 4626 (Нормализованная и отпущенная) | 8.62 | 2.000*10-7 | |
| 4815 | 6.63 | 2.600*10-7 | |
| 5132 | 8.21 | 2.100*10-7 | |
| 5140 (Закаленная и отпущенная) | 7.56 | 2.280*10-7 | |
|
Холоднодеформированные нержавеющие стали отожженные AISI |
|||
| 201 | 2.50 | 6.900*10-7 | |
| 202 | 2.50 | 6.900*10-7 | |
| 301 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 302 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 302B | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 303 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 304 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 302Cu | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 304N | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 304 | 2.50 | 1.450*106 | 6.897*10-7 |
| 304 | 2.50 | 1.450*106 | 6.897*10-7 |
| 305 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 308 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 309 | 2.21 | 7.800*10-7 | |
| 310 | 2.21 | 7.800*10-7 | |
| 314 | 2.24 | 7.700*10-7 | |
| 316 | 2.33 | 7.400*10-7 | |
| 316N | 2.33 | 7.400*10-7 | |
| 316 | 2.30 | 1.334*106 | 7.496*10-7 |
| 317 | 2.33 | 7.400*10-7 | |
| 317L | 2.18 | 7.900*10-7 | |
| 321 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 329 | 2.30 | 7.500*10-7 | |
| 330 | 1.69 | 1.020*10-6 | |
| 347 | 2.36 | 7.300*10-7 | |
| 347 | 2.40 | 1.392*106 | 7.184*10-7 |
| 384 | 2.18 | 7.900*10-7 | |
| 405 | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 410 | 3.02 | 5.700*10-7 | |
| 414 | 2.46 | 7.000*10-7 | |
| 416 | 3.02 | 5.700*10-7 | |
| 420 | 3.13 | 5.500*10-7 | |
| 429 | 2.92 | 5.900*10-7 | |
| 430 | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 430F | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 431 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 434 | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 436 | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 439 | 2.74 | 6.300*10-7 | |
| 440A | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 440C | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 444 | 2.78 | 6.200*10-7 | |
| 446 | 2.57 | ||
| PH 13-8 Mo | 1.69 | 1.020*10-6 | |
| 15-5 PH | 2.24 | 7.700*10-7 | |
| 17-4 PH | 2.16 | 8.000*10-7 | |
| 17-7 PH | 2.08 | 8.300*10-7 | |
| Холоднодеформированные и спеченные суперсплавы (супераллои, супералои) | |||
| Elgiloy | 1.73 | 9.950*10-7 | |
| Hastelloy Хастеллой "A" | 1.40 | 8.120*105 | 1.232*10-6 |
| Hastelloy Хастеллой"B" и "C" | 1.30 | 7.540*105 | 1.326*10-6 |
| Hastelloy Хастеллой"D" | 1.50 | 8.700*105 | 1.149*10-6 |
| Hastelloy Хастеллой"X" | 1.50 | 8.700*105 | 1.149*10-6 |
| Haynes 150 | 2.13 | 8.100*10-7 | |
| Haynes 188 | 1.87 | 9.220*10-7 | |
| Haynes 230 | 1.38 | 1.250*10-6 | |
| Incoloy 800 Инкаллой | 1.74 | 9.890*10-7 | |
| Incoloy 825 | 1.53 | 1.130*10-6 | |
| Incoloy 903 | 2.83 | 6.100*10-7 | |
| Incoloy 907 | 2.47 | 6.970*10-7 | |
| Incoloy 909 | 2.37 | 7.280*10-7 | |
| Inconel 600 Инконель | 1.70 | 9.860*105 | 1.014*10-6 |
| Inconel 600 | 1.67 | 1.030*10-6 | |
| Inconel 601 | 1.45 | 1.190*10-6 | |
| Inconel 617 | 1.41 | 1.220*10-6 | |
| Inconel 625 | 1.34 | 1.290*10-6 | |
| Inconel 690 | 11.65 | 1.480*10-7 | |
| Inconel 718 | 1.38 | 1.250*10-6 | |
| Inconel X750 | 1.41 | 1.220*10-6 | |
| L-605 | 1.94 | 8.900*10-7 | |
| M-252 | 1.58 | 1.090*10-6 | |
| MP35N | 1.71 | 1.010*10-6 | |
| Nimonic? 263 | 1.50 | 1.150*10-6 | |
| Nimonic 105 | 1.32 | 1.310*10-6 | |
| Nimonic 115 | 1.24 | 1.390*10-6 | |
| Nimonic 75 | 1.39 | 1.240*10-6 | |
| Nimonic 80A | 1.36 | 1.270*10-6 | |
| Nimonic 90 | 1.46 | 1.180*10-6 | |
| Nimonic PE.16 | 1.57 | 1.100*10-6 | |
| Nimonic PK.33 | 1.260*10-6 | ||
| Rene 41 | 1.32 | 1.308*10-6 | |
| Stellite 6B Стеллит, стелит | 1.89 | 9.100*10-7 | |
| Udimet 500 | 1.43 | 1.203*10-6 | |
| Waspaloy | 1.39 | 1.240*10-6 | |
tehtab.ru
Самый электропроводный металл в мире
Ценность металлов напрямую определяется их химическими и физическими свойствами. В случае с таким показателем, как электропроводимость, эта связь не так прямолинейна. Самый электропроводный металл, если измерять данный показатель при комнатной температуре (+20 °C), - серебро. 
Но высокая стоимость ограничивает применение деталей из серебра в электротехнике и микроэлектронике. Серебряные элементы в таких приборах применяются только в случае экономической целесообразности.
Физический смысл проводимости
Использование металлических проводников имеет давнишнюю историю. Ученые и инженеры, работающие в областях науки и техники, использующих электроэнергию, давно определились с материалами для проводов, клемм, контактов, печатных плат и т. д. Определить самый электропроводный металл в мире помогает физическая величина, называемая электрической проводимостью.
Понятие проводимости обратно электрическому сопротивлению. Количественное выражение проводимости связано с единицей сопротивления, которое в международной системе единиц (СИ) измеряется в Омах. Единица электрической проводимости в системе СИ – сименс. Русское обозначение этой единицы – См, интернациональное – S. Электрической проводимостью в 1 См обладает участок электрической сети с сопротивлением в 1 Ом.
Удельная проводимость
Мера способности вещества проводить электроток называется удельной электропроводностью. Самым высоким подобным показателем обладает самый электропроводный металл. Эта характеристика может быть определена для любого вещества или среды инструментально и имеет числовое выражение. Удельная электропроводность цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади сечения связана с удельным сопротивлением данного проводника.
Системной единицей удельной проводимости является сименс на метр – См/м. Чтобы выяснить, какой из металлов самый электропроводный металл в мире, достаточно сравнить их удельную проводимость, определенную экспериментально. Можно определить удельное сопротивление при помощи специального прибора – микроомметра. Эти характеристики являются обратнозависимыми.
Проводимость металлов
Само понятие электрического тока как направленного потока заряженных частиц кажется более гармоничным для веществ, основанных на кристаллических решетках свойственных металлам. Носителями зарядов при возникновении электрического тока в металлах являются свободные электроны, а не ионы, как это бывает в жидких средах. Экспериментально установлено, что при возникновении тока в металлах не происходит переноса частиц вещества между проводниками.
Металлические вещества отличаются от других более свободными связями на атомарном уровне. Внутреннее устройство металлов отличается присутствием большого числа «одиноких» электронов. которые при малейшем воздействии электромагнитных сил образуют направленный поток. Поэтому не зря именно металлы являются лучшими проводниками электрического тока, и именно такие молекулярные взаимодействия отличают самый электропроводный металл. На особенностях структуры кристаллической решетки металлов основано еще одно их специфическое свойство - высокая теплопроводность.
Топ лучших проводников - металлов
4 металла, имеющие практическое значение для их применения в качестве электропроводников распределяются в следующем порядке относительно величины удельной проводимости, измеряемой в См/м:
- Серебро - 62 500 000.
- Медь – 59 500 000.
- Золото – 45 500 000.
- Алюминий - 38 000 000.
Видно, что самый электропроводный металл – серебро. Но подобно золоту, оно используется для организации электрической сети лишь в особых специфических случаях. Причина – высокая стоимость.
Зато медь и алюминий – самый распространенный вариант для электроприборов и кабельной продукции благодаря низкому сопротивлению электрическому току и ценовой доступности. Другие металлы применяются в качестве проводников редко.
Факторы, влияющие на проводимость металлов
Даже самый электропроводный металл снижает свою проводимость, если в нём присутствуют другие добавки и примеси. У сплавов иная, чем у «чистых» металлов, структура кристаллической решетки. Она отличается нарушением в симметрии, трещинами и другими дефектами. Снижается проводимость и при повышении температуры окружающей среды.
Повышенное сопротивление, присущее сплавам, находит применение в нагревательных элементах. Неслучайно для изготовления рабочих элементов электропечей, обогревателей применяют нихром, фехраль и другие сплавы.
Самый электропроводный металл - это драгоценное серебро, больше используемое ювелирами, для чеканки монет и т. д. Но и в технике и приборостроении его особые химические и физические свойства находят широкое применение. Например, кроме использования в узлах и агрегатах с пониженным сопротивлением, серебряное напыление предохраняет контактные группы от окисления. Уникальные свойства серебра и сплавов на его основе часто делают его применение оправданным, несмотря на высокую стоимость.
fb.ru
Электрическая проводимость меди. Медь: характеристика
Образование 5 августа 2017Электрическая проводимость меди напрямую зависит от наличия в этом металле разнообразных примесей. Даже в случае добавления к нему небольшого количества мышьяка, сурьмы происходит резное падение величины электрической проводимости. Но не оказывает существенного влияния на эту физическую величину свинец, теллур, селен, мышьяк.
Особенности понятия
Электрическая проводимость меди ненамного меньше, чем у серебра, что делает этот металл востребованным в современной электротехнике.
Данная физическая величина является характеристикой способности вещества проводить электрический ток. Она связана с удельным электрическим сопротивлением металла прямо пропорциональной зависимостью.
Электрическое сопротивление меди в Ом⋅мм2/м составляет при температуре 20 градусов 0,017. По числовому значению это лишь незначительно меньше, чем у серебра.
Электрическая проводимость меди является величиной, обратной сопротивляемости, применяется для характеристики электротехнических свойств данного металла. Для ее измерения используют сименсы, соответствующие 1/Ом.
Получение меди
Поскольку медь проводит электричество, существует несколько способов изготовления данного металла. Полупроводниковую медь в настоящее время получают при гальванической очистке слитков в специальных электролитических ваннах. Большая часть медных изделий, применяемых в электротехнической промышленности, производится путем проката, волочения, прессовки.
При волочении создают провода, имеющие диаметр не больше 0,005 мм, тонкую фольгу, ленту до 0,1 мм.
Медная проводка востребована не только при возведении многоквартирных домов и офисных помещений, но и в частном строительстве.
Видео по теме
Интересные сведения
Данный металл часто встречается в природе в виде крупных самородков. Еще в древние времена люди изготавливали из него украшения, посуду, оружие. Востребованность меди объясняется легкостью ее обработки, а также распространенностью в природе.
Первоначально процесс выделения металла из его соединений был достаточно примитивным, заключался в нагревании медной руды над костром, последующем резком охлаждении. Такая обработка приводила к растрескиванию кусков руды, что позволяло людям извлекать сам металл.
По мере совершенствования технологических процессов обработки металлических руд в костры стали подавать воздух, чтобы повышать температуру нагревания природного соединения. Постепенно процесс начали осуществлять в специальных конструкциях, которые стали прототипами современных шахтных печей.
Результаты археологических раскопок свидетельствую о том, что изделия из меди использовались уже в 10 тысячелетии до нашей эры.
Природные соединения
Медные провода для проводки в настоящее время изготавливают из нескольких видов руд, распространенных в природе. Например, в составе борнита - около 65 процентов металла, в халькозине – до 80 %, а в медном колчедане (халькопирите) количество меди не превышает 30 процентов.
Физические свойства
Высокая электрическая проводимость меди является одним из важнейших свойств данного металла. Его окраска меняется от бледно-розового оттенка до насыщенного красного цвета. Медь является переходным материалом, обладающим высокой тепло- и электропроводностью.
Линейное термическое расширение этого металла составляет 0,00000017 единицы. Медные изделия имеют при растяжении предел прочности 22 кг⋅с/мм2. Удельный вес металла - 8,94 г/см3, твердость по шкале Бринелля - 35 кгс/мм2. Среди важных физических характеристик данного металла следует отметить модуль упругости, составляющий 132 000 мН/м2.
Уникальными являются и магнитные свойства этого металла, являющегося полностью диамагнитным веществом.
Температурный коэффициент сопротивления меди при комнатной температуре равен 4,3 α (10-3/K).
Удельная проводимость, ковкость сделали данный металл востребованным в изготовлении различных элементов для электротехники. Схожими физическими характеристиками обладает алюминий, поэтому он является сырьем для создания кабелей, проводов в современном электротехническом производстве.
Химические свойства
Сопротивление меди, способность данного металла проводить электрический ток объясняются особенностями строения атома этого химического элемента. Медь располагается в побочной подгруппе первой группы таблицы Менделеева, является d-элементом.
Сопротивление меди связано с электронами, располагающимися на внешнем энергетическом уровне. Особенности строения объясняют и специфику химических свойств данного металла. При незначительной влажности медь является достаточно инертным веществом, не проявляет высокой химической активности.
При эксплуатации медных изделий в условиях высокой влажности и присутствия углекислого газа происходит окисление металла.
На поверхности изделия появляется зеленоватая пленка карбоната и гидроксида меди (2), а также разнообразные сернистые соединения. Данную пленку называют патиной, она помогает защищать изделие от последующего химического разрушения.
При повышении температурного значения происходит образование медной окалины (оксида), что негативно отражается на электрической проводимости.
Медь легко вступает во взаимодействие с элементами, относящимися к подгруппе галогенов.
Если внести в металл пары серы, наблюдается воспламенение. Медь инертна к азоту, водороду, углероду даже при повышенных температурных значениях.
Интерес с технической точки зрения представляет взаимодействие этого металла с солями железа, приводящими к его восстановлению. Это химическое свойство позволяет снимать с изделий медное напыление.
Медь образует разнообразные комплексные соединения, которые отличаются высокой стойкостью.
Области использования
Применение данного металла связано с его высокой электрической проводимостью. Например, из него выпускают кабель. Медь имеет небольшое сопротивление, уникальные магнитные свойства, легкую механическую обрабатываемость, поэтому востребована в инженерных коммуникациях и административных зданиях. Способность проводить тепло позволяет применять этот материал для создания тепловых трубок, систем охлаждения и отопления воздуха.
Именно медь – материал, который незаменим при производстве кулеров, используемых для понижения температуры персональных компьютеров. Металлические конструкции, которые содержат медные элементы, имеют незначительный вес, отличные декоративные свойства, поэтому подходят и для применения в архитектуре, и для изготовления разнообразных декоративных элементов в интерьере, и для создания электрических проводов.
Особенности проводников
Для того чтобы понять суть электрической проводимости, остановимся на характеристике проводников. К ним относятся материалы, способные проводить электрический ток. Медь относится к проводникам первого рода, поскольку при повышении температуры наблюдается снижение электрической проводимости. На качество проводникового материала влияют механические, тепловые, электрические свойства. Для такого металла, как медь, все эти показатели имеют неплохие значения, что делает металл востребованным в различных сферах электротехники.
Пластичность меди, легкость ее обработки, хорошая вязкость, химическая стойкость позволяют создавать из данного металла разные виды изделий для технических нужд.
Разновидности
Для изготовления черновой меди применяют электролитическое восстановление металла из раствора медного купороса. Чистый металл необходим для радио- и электротехники. В зависимости от процентного содержания примесей, выделяют марки: М0 и М1. В первом случае количественное содержание чистого металла составляет 99,95 процента, для второго варианта – 99,9 процента.
Среди основных физических свойств, которыми характеризуются данные марки меди, отметим:
- плотность 8900 кг/м3;
- температура плавления 1083 °С;
- высокая механическая прочность;
- отличная обрабатываемость;
- высокое удельное сопротивление 1,7241⋅10-8 Ом⋅м.
При введении примесей в состав чистого металла существенно увеличивается величина удельного сопротивления, при этом снижается электрическая проводимость.
Например, в случае введения 0,5 % алюминия и никеля удельное сопротивление возрастает на 40 процентов.
Заключение
Медь отличается от других проводников тока высокой электрической проводимостью, низким показателем сопротивления, что делает ее востребованной в современном электротехническом производстве.
Токопроводящие проводниковые жилы, кабели, фольгированный гетинакс для печатных устройств, листы, полосы, проволока - это далеко не полный перечень тех изделий, которые создают из меди.
Помимо широкого использования самого металла применение находят и ее основные сплавы. К примеру, кадмиевая бронза используется для создания коллекторных пластин и электрических контактов.
Фосфористая бронза нужна для производства пружин в аппаратах и электронных приборах. Смесь меди с бериллием позволяет создавать зажимы, скользящие контакты, токоведущие пружины.
Оловянистую бронзу называют телефонной, поскольку именно из нее создают проволоку, используемую для телефонного кабеля.
Из медно-цинковых сплавов производят полосы и листы. Данный материал имеет большее удельное электрическое сопротивление, поэтому сплав обладает большой прочностью.
Среди многочисленных сфер применения меди особое значение представляет электротехническая промышленность. Из этого металла создают электрические провода разного диаметра, размера, подходящие для изготовления современных электрических и радиоприборов высочайшей точности. Для повышения электрической проводимости инженеры следят за чистотой металла, не допускают проникновения дополнительных примесей.
Источник: fb.rumonateka.com
Электрическая проводимость меди. Медь: характеристика
Электрическая проводимость меди напрямую зависит от наличия в этом металле разнообразных примесей. Даже в случае добавления к нему небольшого количества мышьяка, сурьмы происходит резное падение величины электрической проводимости. Но не оказывает существенного влияния на эту физическую величину свинец, теллур, селен, мышьяк.
Особенности понятия
Электрическая проводимость меди ненамного меньше, чем у серебра, что делает этот металл востребованным в современной электротехнике.
Данная физическая величина является характеристикой способности вещества проводить электрический ток. Она связана с удельным электрическим сопротивлением металла прямо пропорциональной зависимостью.
Электрическое сопротивление меди в Ом⋅мм2/м составляет при температуре 20 градусов 0,017. По числовому значению это лишь незначительно меньше, чем у серебра.
Электрическая проводимость меди является величиной, обратной сопротивляемости, применяется для характеристики электротехнических свойств данного металла. Для ее измерения используют сименсы, соответствующие 1/Ом.
Получение меди
Поскольку медь проводит электричество, существует несколько способов изготовления данного металла. Полупроводниковую медь в настоящее время получают при гальванической очистке слитков в специальных электролитических ваннах. Большая часть медных изделий, применяемых в электротехнической промышленности, производится путем проката, волочения, прессовки.
При волочении создают провода, имеющие диаметр не больше 0,005 мм, тонкую фольгу, ленту до 0,1 мм.
Медная проводка востребована не только при возведении многоквартирных домов и офисных помещений, но и в частном строительстве.
Интересные сведения
Данный металл часто встречается в природе в виде крупных самородков. Еще в древние времена люди изготавливали из него украшения, посуду, оружие. Востребованность меди объясняется легкостью ее обработки, а также распространенностью в природе.
Первоначально процесс выделения металла из его соединений был достаточно примитивным, заключался в нагревании медной руды над костром, последующем резком охлаждении. Такая обработка приводила к растрескиванию кусков руды, что позволяло людям извлекать сам металл.
По мере совершенствования технологических процессов обработки металлических руд в костры стали подавать воздух, чтобы повышать температуру нагревания природного соединения. Постепенно процесс начали осуществлять в специальных конструкциях, которые стали прототипами современных шахтных печей.
Результаты археологических раскопок свидетельствую о том, что изделия из меди использовались уже в 10 тысячелетии до нашей эры.
Природные соединения
Медные провода для проводки в настоящее время изготавливают из нескольких видов руд, распространенных в природе. Например, в составе борнита - около 65 процентов металла, в халькозине – до 80 %, а в медном колчедане (халькопирите) количество меди не превышает 30 процентов.
Физические свойства
Высокая электрическая проводимость меди является одним из важнейших свойств данного металла. Его окраска меняется от бледно-розового оттенка до насыщенного красного цвета. Медь является переходным материалом, обладающим высокой тепло- и электропроводностью.
Линейное термическое расширение этого металла составляет 0,00000017 единицы. Медные изделия имеют при растяжении предел прочности 22 кг⋅с/мм2. Удельный вес металла - 8,94 г/см3, твердость по шкале Бринелля - 35 кгс/мм2. Среди важных физических характеристик данного металла следует отметить модуль упругости, составляющий 132 000 мН/м2.
Уникальными являются и магнитные свойства этого металла, являющегося полностью диамагнитным веществом.
Температурный коэффициент сопротивления меди при комнатной температуре равен 4,3 α (10-3/K).
Удельная проводимость, ковкость сделали данный металл востребованным в изготовлении различных элементов для электротехники. Схожими физическими характеристиками обладает алюминий, поэтому он является сырьем для создания кабелей, проводов в современном электротехническом производстве.
Химические свойства
Сопротивление меди, способность данного металла проводить электрический ток объясняются особенностями строения атома этого химического элемента. Медь располагается в побочной подгруппе первой группы таблицы Менделеева, является d-элементом.
Сопротивление меди связано с электронами, располагающимися на внешнем энергетическом уровне. Особенности строения объясняют и специфику химических свойств данного металла. При незначительной влажности медь является достаточно инертным веществом, не проявляет высокой химической активности.
При эксплуатации медных изделий в условиях высокой влажности и присутствия углекислого газа происходит окисление металла.
На поверхности изделия появляется зеленоватая пленка карбоната и гидроксида меди (2), а также разнообразные сернистые соединения. Данную пленку называют патиной, она помогает защищать изделие от последующего химического разрушения.
При повышении температурного значения происходит образование медной окалины (оксида), что негативно отражается на электрической проводимости.
Медь легко вступает во взаимодействие с элементами, относящимися к подгруппе галогенов.
Если внести в металл пары серы, наблюдается воспламенение. Медь инертна к азоту, водороду, углероду даже при повышенных температурных значениях.
Интерес с технической точки зрения представляет взаимодействие этого металла с солями железа, приводящими к его восстановлению. Это химическое свойство позволяет снимать с изделий медное напыление.
Медь образует разнообразные комплексные соединения, которые отличаются высокой стойкостью.
Области использования
Применение данного металла связано с его высокой электрической проводимостью. Например, из него выпускают кабель. Медь имеет небольшое сопротивление, уникальные магнитные свойства, легкую механическую обрабатываемость, поэтому востребована в инженерных коммуникациях и административных зданиях. Способность проводить тепло позволяет применять этот материал для создания тепловых трубок, систем охлаждения и отопления воздуха.
Именно медь – материал, который незаменим при производстве кулеров, используемых для понижения температуры персональных компьютеров. Металлические конструкции, которые содержат медные элементы, имеют незначительный вес, отличные декоративные свойства, поэтому подходят и для применения в архитектуре, и для изготовления разнообразных декоративных элементов в интерьере, и для создания электрических проводов.
Особенности проводников
Для того чтобы понять суть электрической проводимости, остановимся на характеристике проводников. К ним относятся материалы, способные проводить электрический ток. Медь относится к проводникам первого рода, поскольку при повышении температуры наблюдается снижение электрической проводимости. На качество проводникового материала влияют механические, тепловые, электрические свойства. Для такого металла, как медь, все эти показатели имеют неплохие значения, что делает металл востребованным в различных сферах электротехники.
Пластичность меди, легкость ее обработки, хорошая вязкость, химическая стойкость позволяют создавать из данного металла разные виды изделий для технических нужд.
Разновидности
Для изготовления черновой меди применяют электролитическое восстановление металла из раствора медного купороса. Чистый металл необходим для радио- и электротехники. В зависимости от процентного содержания примесей, выделяют марки: М0 и М1. В первом случае количественное содержание чистого металла составляет 99,95 процента, для второго варианта – 99,9 процента.
Среди основных физических свойств, которыми характеризуются данные марки меди, отметим:
- плотность 8900 кг/м3;
- температура плавления 1083 °С;
- высокая механическая прочность;
- отличная обрабатываемость;
- высокое удельное сопротивление 1,7241⋅10-8 Ом⋅м.
При введении примесей в состав чистого металла существенно увеличивается величина удельного сопротивления, при этом снижается электрическая проводимость.
Например, в случае введения 0,5 % алюминия и никеля удельное сопротивление возрастает на 40 процентов.
Заключение
Медь отличается от других проводников тока высокой электрической проводимостью, низким показателем сопротивления, что делает ее востребованной в современном электротехническом производстве.
Токопроводящие проводниковые жилы, кабели, фольгированный гетинакс для печатных устройств, листы, полосы, проволока - это далеко не полный перечень тех изделий, которые создают из меди.
Помимо широкого использования самого металла применение находят и ее основные сплавы. К примеру, кадмиевая бронза используется для создания коллекторных пластин и электрических контактов.
Фосфористая бронза нужна для производства пружин в аппаратах и электронных приборах. Смесь меди с бериллием позволяет создавать зажимы, скользящие контакты, токоведущие пружины.
Оловянистую бронзу называют телефонной, поскольку именно из нее создают проволоку, используемую для телефонного кабеля.
Из медно-цинковых сплавов производят полосы и листы. Данный материал имеет большее удельное электрическое сопротивление, поэтому сплав обладает большой прочностью.
Среди многочисленных сфер применения меди особое значение представляет электротехническая промышленность. Из этого металла создают электрические провода разного диаметра, размера, подходящие для изготовления современных электрических и радиоприборов высочайшей точности. Для повышения электрической проводимости инженеры следят за чистотой металла, не допускают проникновения дополнительных примесей.
загрузка...
4responsible.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
Электрическая проводимость меди. Медь: характеристика
Электрическая проводимость меди напрямую зависит от наличия в этом металле разнообразных примесей. Даже в случае добавления к нему небольшого количества мышьяка, сурьмы происходит резное падение величины электрической проводимости. Но не оказывает существенного влияния на эту физическую величину свинец, теллур, селен, мышьяк.
Особенности понятия
Электрическая проводимость меди ненамного меньше, чем у серебра, что делает этот металл востребованным в современной электротехнике.
Данная физическая величина является характеристикой способности вещества проводить электрический ток. Она связана с удельным электрическим сопротивлением металла прямо пропорциональной зависимостью.
Электрическое сопротивление меди в Ом⋅мм2/м составляет при температуре 20 градусов 0,017. По числовому значению это лишь незначительно меньше, чем у серебра.
Электрическая проводимость меди является величиной, обратной сопротивляемости, применяется для характеристики электротехнических свойств данного металла. Для ее измерения используют сименсы, соответствующие 1/Ом.
Получение меди
Поскольку медь проводит электричество, существует несколько способов изготовления данного металла. Полупроводниковую медь в настоящее время получают при гальванической очистке слитков в специальных электролитических ваннах. Большая часть медных изделий, применяемых в электротехнической промышленности, производится путем проката, волочения, прессовки.
При волочении создают провода, имеющие диаметр не больше 0,005 мм, тонкую фольгу, ленту до 0,1 мм.
Медная проводка востребована не только при возведении многоквартирных домов и офисных помещений, но и в частном строительстве.
Интересные сведения
Данный металл часто встречается в природе в виде крупных самородков. Еще в древние времена люди изготавливали из него украшения, посуду, оружие. Востребованность меди объясняется легкостью ее обработки, а также распространенностью в природе.
Первоначально процесс выделения металла из его соединений был достаточно примитивным, заключался в нагревании медной руды над костром, последующем резком охлаждении. Такая обработка приводила к растрескиванию кусков руды, что позволяло людям извлекать сам металл.
По мере совершенствования технологических процессов обработки металлических руд в костры стали подавать воздух, чтобы повышать температуру нагревания природного соединения. Постепенно процесс начали осуществлять в специальных конструкциях, которые стали прототипами современных шахтных печей.
Результаты археологических раскопок свидетельствую о том, что изделия из меди использовались уже в 10 тысячелетии до нашей эры.
Природные соединения
Медные провода для проводки в настоящее время изготавливают из нескольких видов руд, распространенных в природе. Например, в составе борнита - около 65 процентов металла, в халькозине – до 80 %, а в медном колчедане (халькопирите) количество меди не превышает 30 процентов.
Физические свойства
Высокая электрическая проводимость меди является одним из важнейших свойств данного металла. Его окраска меняется от бледно-розового оттенка до насыщенного красного цвета. Медь является переходным материалом, обладающим высокой тепло- и электропроводностью.
Линейное термическое расширение этого металла составляет 0,00000017 единицы. Медные изделия имеют при растяжении предел прочности 22 кг⋅с/мм2. Удельный вес металла - 8,94 г/см3, твердость по шкале Бринелля - 35 кгс/мм2. Среди важных физических характеристик данного металла следует отметить модуль упругости, составляющий 132 000 мН/м2.
Уникальными являются и магнитные свойства этого металла, являющегося полностью диамагнитным веществом.
Температурный коэффициент сопротивления меди при комнатной температуре равен 4,3 α (10-3/K).
Удельная проводимость, ковкость сделали данный металл востребованным в изготовлении различных элементов для электротехники. Схожими физическими характеристиками обладает алюминий, поэтому он является сырьем для создания кабелей, проводов в современном электротехническом производстве.
Химические свойства
Сопротивление меди, способность данного металла проводить электрический ток объясняются особенностями строения атома этого химического элемента. Медь располагается в побочной подгруппе первой группы таблицы Менделеева, является d-элементом.
Сопротивление меди связано с электронами, располагающимися на внешнем энергетическом уровне. Особенности строения объясняют и специфику химических свойств данного металла. При незначительной влажности медь является достаточно инертным веществом, не проявляет высокой химической активности.
При эксплуатации медных изделий в условиях высокой влажности и присутствия углекислого газа происходит окисление металла.
На поверхности изделия появляется зеленоватая пленка карбоната и гидроксида меди (2), а также разнообразные сернистые соединения. Данную пленку называют патиной, она помогает защищать изделие от последующего химического разрушения.
При повышении температурного значения происходит образование медной окалины (оксида), что негативно отражается на электрической проводимости.
Медь легко вступает во взаимодействие с элементами, относящимися к подгруппе галогенов.
Если внести в металл пары серы, наблюдается воспламенение. Медь инертна к азоту, водороду, углероду даже при повышенных температурных значениях.
Интерес с технической точки зрения представляет взаимодействие этого металла с солями железа, приводящими к его восстановлению. Это химическое свойство позволяет снимать с изделий медное напыление.
Медь образует разнообразные комплексные соединения, которые отличаются высокой стойкостью.
Области использования
Применение данного металла связано с его высокой электрической проводимостью. Например, из него выпускают кабель. Медь имеет небольшое сопротивление, уникальные магнитные свойства, легкую механическую обрабатываемость, поэтому востребована в инженерных коммуникациях и административных зданиях. Способность проводить тепло позволяет применять этот материал для создания тепловых трубок, систем охлаждения и отопления воздуха.
Именно медь – материал, который незаменим при производстве кулеров, используемых для понижения температуры персональных компьютеров. Металлические конструкции, которые содержат медные элементы, имеют незначительный вес, отличные декоративные свойства, поэтому подходят и для применения в архитектуре, и для изготовления разнообразных декоративных элементов в интерьере, и для создания электрических проводов.
Особенности проводников
Для того чтобы понять суть электрической проводимости, остановимся на характеристике проводников. К ним относятся материалы, способные проводить электрический ток. Медь относится к проводникам первого рода, поскольку при повышении температуры наблюдается снижение электрической проводимости. На качество проводникового материала влияют механические, тепловые, электрические свойства. Для такого металла, как медь, все эти показатели имеют неплохие значения, что делает металл востребованным в различных сферах электротехники.
Пластичность меди, легкость ее обработки, хорошая вязкость, химическая стойкость позволяют создавать из данного металла разные виды изделий для технических нужд.
Разновидности
Для изготовления черновой меди применяют электролитическое восстановление металла из раствора медного купороса. Чистый металл необходим для радио- и электротехники. В зависимости от процентного содержания примесей, выделяют марки: М0 и М1. В первом случае количественное содержание чистого металла составляет 99,95 процента, для второго варианта – 99,9 процента.
Среди основных физических свойств, которыми характеризуются данные марки меди, отметим:
- плотность 8900 кг/м3;
- температура плавления 1083 °С;
- высокая механическая прочность;
- отличная обрабатываемость;
- высокое удельное сопротивление 1,7241⋅10-8 Ом⋅м.
При введении примесей в состав чистого металла существенно увеличивается величина удельного сопротивления, при этом снижается электрическая проводимость.
Например, в случае введения 0,5 % алюминия и никеля удельное сопротивление возрастает на 40 процентов.
Заключение
Медь отличается от других проводников тока высокой электрической проводимостью, низким показателем сопротивления, что делает ее востребованной в современном электротехническом производстве.
Токопроводящие проводниковые жилы, кабели, фольгированный гетинакс для печатных устройств, листы, полосы, проволока - это далеко не полный перечень тех изделий, которые создают из меди.
Помимо широкого использования самого металла применение находят и ее основные сплавы. К примеру, кадмиевая бронза используется для создания коллекторных пластин и электрических контактов.
Фосфористая бронза нужна для производства пружин в аппаратах и электронных приборах. Смесь меди с бериллием позволяет создавать зажимы, скользящие контакты, токоведущие пружины.
Оловянистую бронзу называют телефонной, поскольку именно из нее создают проволоку, используемую для телефонного кабеля.
Из медно-цинковых сплавов производят полосы и листы. Данный материал имеет большее удельное электрическое сопротивление, поэтому сплав обладает большой прочностью.
Среди многочисленных сфер применения меди особое значение представляет электротехническая промышленность. Из этого металла создают электрические провода разного диаметра, размера, подходящие для изготовления современных электрических и радиоприборов высочайшей точности. Для повышения электрической проводимости инженеры следят за чистотой металла, не допускают проникновения дополнительных примесей.
загрузка...
fjord12.ru
Электропроводность металлов
Классическая теория электропроводности металлов зародилась в начале ХХ века. ЕЕ основоположником стал немецкий физик Карл Рикке. Он опытным путем установил, что прохождение заряда через металл не сопряжено с переносом атомов проводника, в отличие от жидких электролитов. Однако это открытие не объяснило, что именно является носителем электрических импульсов в структуре металла.
Ответить на это вопрос позволили опыты ученых Стюарта и Толмена, проведенные в 1916 году. Им удалось установить, что за перенос электричества в металлах отвечают мельчайшие заряженные частицы - электроны. Это открытие легло в основу классической электронной теории электропроводности металлов. С этого момента началась новая эпоха исследований металлических проводников. Благодаря полученным результатам мы сегодня имеем возможность пользоваться бытовыми приборами, производственным оборудованием, станками и многими другими устройствами.
Как отличается электропроводность разных металлов?
Электронная теория электропроводности металлов получила развитие в исследованиях Паулю Друде. Он сумел открыть такое свойство как сопротивление, которое наблюдается при прохождении электрического тока через проводник. В дальнейшем это позволит классифицировать разные вещества по уровню проводимости. Из полученных результатов легко понять, какой металл подойдет для изготовления того или иного кабеля. Это очень важный момент, так как неправильно подобранный материал может стать причиной возгорания в результате перегрева от прохождения тока избыточного напряжения.
Наибольшей электропроводностью обладает металл серебро. При температуре +20 градусов по Цельсию она составляет 63,3*104 сантиметров-1. Но изготавливать проводку из серебра очень дорого, так как это довольно редкий металл, который используется в основном для производства ювелирных и декоративных украшений или инвестиционных монет.
Металл, обладающий самой высокой электропроводностью среди всех элементов неблагородной группы - медь. Ее показатель составляет 57*104 сантиметров-1 при температуре +20 градусов по Цельсию. Медь является одним из наиболее распространенных проводников, которые используются в бытовых и производственных целях. Она хорошо выдерживает постоянные электрические нагрузки, отличается долговечностью и надежностью. Высокая температура плавления позволяет без проблем работать долгое время в нагретом состоянии.
По распространенности с медью может конкурировать только алюминий, который занимает четвертое место по электропроводности после золота. Он используется в сетях с невысоким напряжением, так как имеет почти вдвое меньшую температуру плавления, чем медь, и не способен выдерживать предельные нагрузки. С дальнейшим распределением мест можно ознакомиться, взглянув на таблицу электропроводности металлов.
Стоит отметить, что любой сплав обладает гораздо меньшей проводимостью, чем чистое вещество. Это связано со слиянием структурной сетки и как следствие нарушением нормального функционирования электронов. Например, при производстве медного провода используется материал с содержанием примесей не более 0,1%, а для некоторых видов кабеля этот показатель еще строже - не более 0,05%. Все приведенные показатели являются удельной электропроводностью металлов, которая рассчитывается как отношение между плотностью тока и величиной электрического поля в проводнике.
Классическая теория электропроводности металлов
Основные положения теории электропроводности металлов содержат шесть пунктов. Первый: высокий уровень электропроводности связан с наличием большого числа свободных электронов. Второй: электрический ток возникает путем внешнего воздействия на металл, при котором электроны из беспорядочного движения переходят в упорядоченное.
Третий: сила тока, проходящего через металлический проводник, рассчитывается по закону Ома. Четвертый: различное число элементарных частиц в кристаллической решетке приводит к неодинаковому сопротивлению металлов. Пятый: электрический ток в цепи возникает мгновенно после начала воздействия на электроны. Шестой: с увеличением внутренней температуры металла растет и уровень его сопротивления.
Природа электропроводности металлов объясняется вторым пунктом положений. В спокойном состоянии все свободные электроны хаотическим образом вращаются вокруг ядра. В этот момент металл не способен самостоятельно воспроизводить электрические заряды. Но стоит лишь подключить внешний источник воздействия, как электроны мгновенно выстраиваются в структурированной последовательности и становятся носителями электрического тока. С повышением температуры электропроводность металлов снижается.
Это связано с тем, что слабеют молекулярные связи в кристаллической решетке, элементарные частицы начинают вращаться в еще более хаотичном порядке, поэтому построение электронов в цепь усложняется. Поэтому необходимо принимать меры по недопущению перегрева проводников, так как это негативно сказывается на их эксплуатационных свойствах. Механизм электропроводности металлов невозможно изменить ввиду действующих законов физики. Но можно нивелировать негативные внешние и внутренние воздействия, которые мешают нормальному протеканию процесса.
Металлы с высокой электопроводностью
Электропроводность щелочных металлов находится на высоком уровне, так как их электроны слабо привязаны к ядру и легко выстраиваются в нужной последовательности. Но эта группа отличается невысокими температурами плавления и огромной химической активностью, что в большинстве случаев не позволяет использовать их для изготовления проводов.
Металлы с высокой электропроводностью в открытом виде очень опасны для человека. Прикосновение к оголенному проводу приведет к получению электрического ожога и воздействию мощного разряда на все внутренние органы. Зачастую это влечет мгновенную смерть. Поэтому для безопасности людей используются специальные изоляционные материалы.
В зависимости от сферы применения они могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Но все типы предназначены для одной функции - изоляции электрического тока внутри цепи, чтобы он не мог оказывать воздействие на внешний мир. Электропроводность металлов используется практически во всех сферах современной жизни человека, поэтому обеспечение безопасности является первоочередной задачей.
promplace.ru
