Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Удельное сопротивлене меди и ее влияние на свойства металла

Удельное сопротивлене меди и ее влияние на свойства металла

Несмотря на начальное высокое значение коэффициента распределения фосфора KР = 1,0, ход кривой его снижения при уменьшении отношения Хi/L повторяет закономерности изменения коэффициентов распределения рассмотренной группы металлов. Низкие значения коэффициентов распределения указанных металлов и установленные минимальные их концентрации, ррм: 0,02 Pb, 0,007 Zn, 0,006 Ag, 0,006 Sn и 0,004 P, определенного влияния на температуру плавления меди не окажут.

Вторую группу металлов-примесей с коэффициентом распределения KMe 1). Изменение значений коэффициентов распределения этих примесей в зависимости от снижения отношения Xi/L имеет более пологий характер, что свидетельствует о несколько худшем разделении их от меди в условиях зонной плавки, по сравнению с металлами-примесями первой группы. Низкие значения коэффициентов распределения и минимальные остаточные концентрации в конечной меди (таблица) свидетельствуют о незначительном их влиянии на температуру плавления меди.

Наиболее сильное влияние на температуру плавления меди могут оказывать металлы-примеси, плохо удаляемые от меди с высоким коэффициентом распределения KMe > 1,0: Fe, Mn, Ni и Co. По установленным высоким расчетным значениям коэффициентов распределения к этой группе можно отнести и мышьяк с бором.

На рис. 1 нетрудно видеть идентичный характер кривых изменения коэффициентов распределения металлов-примесей в зависимости от снижения отношения Xi/L. В условиях зонной плавки достичь глубокого удаления их от меди не представляется возможным. Наличие сравнительно высоких их концентраций в меди оказывает существенное влияние на повышение температуры плавления меди. Данное предположение полностью подтверждается результатами экспериментальных данных. При высоких температурах ведения процесса зонной плавки в пределах низких отношений Xi/L (0,25; 0,15) их концентрации значительно снижаются, что свидетельствует о минимальном влиянии металлов-примесей на повышение температуры плавления меди.

Полученные экспериментальные результаты полностью согласуются с теоретическими предположениями [8]. Наличие металлов-примесей, имеющих коэффициенты распределения KMe > 1,0 при зонной очистке меди, будет оказывать влияние на температуру плавления меди в сторону ее повышения. Но, ввиду незначительных их концентраций в меди после зонной плавки, достигаемых с помощью разработанной установки, влияние металлов-примесей данной группы на температуру плавления меди нивелируется, что позволяет получать сверхчистую медь высокого качества (99,9993 % Сu).

Влияние металлов-примесей на электропроводность меди. Содержание примесей в меди может оказывать существенное влияние на электропроводность меди. Системные исследования по изучению влияния различных примесей на электропроводность меди проведены в работе [11]. Авторами построены зависимости, устанавливающие изменение электропроводности меди от содержания примесей в ней. Для оценки влияния примесей на электропроводность меди при их низкой концентрации авторы использовали линейную зависимость прироста удельного сопротивления от концентрации примесей (Сi), которую определяли по правилу Матиссена – Флеминга:

где ρо – удельное сопротивление основного компонента, зависящее от температуры (для меди высокой чистоты ?о = 0,0168 мкОм.м);

Δρ – остаточное электросопротивление пропорциональное концентрации примеси, не зависящее от температуры, обусловленное наличием атомов металлов-примесей.

Влияние содержания примесей на электропроводность меди показано на рис. 2. Видно, что наибольшее влияние в сторону уменьшения электропроводности меди оказывают As, Sb и металлы первого типа – Ni, Fe, Co.

Рис. 2. Влияние примесей на электропроводность меди [11]

Сопоставительный анализ результатов работы [11] с данными, приведенными на рис. 2, показывает, что установленные минимальные значения остаточных содержаний примесей, полученных в меди после зонной плавки, ррм (ррм = 10-4 %): 0,2 As; 0,06 Sb; 0,006 Ag; 0,07 Bi; 0,006 Sn; 0,02 Pb; 1,1 Ni, существенного влияния на уменьшение электропроводности меди не окажут.

Максимальная электропроводность меди промышленной чистоты марки М00К (99,99 % Сu) составляет 59 МСм/м, в то время как медь, очищенная зонной плавкой, с содержанием меди 99,999 %, имеет электропроводность 60,2 МСм/м.

Значения электропроводности полученных образцов могут служить для контроля качества получаемой меди.

В качестве показателя чистоты может служить и отношение удельного сопротивления образца при 4,2 К (температура жидкого гелия) и 273 К.

Резкое возрастание этого отношения при росте содержания примесей объясняется приведенным выше правилом Матиссена – Флеминга. Это обстоятельство нашло широкое применение для оценки чистоты меди по величине ее остаточного сопротивления вблизи абсолютного нуля. Так, для меди высокой степени очистки от примесей (99,9994 %) это отношение равно 4647, а для меди чистотой 99,9988 % оно равно 1432 [11].

Выводы

1. Показано, что металлы-примеси, имеющие коэффициент распределения К > 1 (Fe, Co, Ni, Mn, As), равно как и остальные металлы-примеси с коэффициентом распределения К 1) или снижение (К

Электроматериаловедение — Факторы, влияющие на свойства проводников

Содержание материала

  • Электроматериаловедение
  • Строение металлических проводниковых материков
  • Свойства металлов
  • Факторы, влияющие на свойства проводников
  • Проводниковая медь и сплавы
  • Проводниковый алюминий
  • Проводниковые железо
  • Свинец
  • Благородные металлы
  • Тугоплавкие металлы в электротехнике
  • Проводниковые материалы с большим удельным сопротивлением
  • Обмоточные провода
  • Монтажные провода
  • Установочные провода
  • Кабели
  • Магнитные материалы
  • Магнитно-мягкие материалы
  • Магнитно-твердые материалы
  • Диэлектрики
  • Способы измерения электрических характеристик диэлектриков
  • Характеристики электроизоляционных материалов
  • Газообразные диэлектрики
  • Жидкие диэлектрики
  • Очистка, сушка и регенерация электроизоляционных масел
  • Синтетические жидкие диэлектрики
  • Твердые органические диэлектрики
  • Поликонденсационные органические диэлектрики
  • Природные электроизоляционные смолы
  • Нагревостойкие высокополимерные диэлектрики
  • Пленочные электроизоляционные материалы
  • Электроизоляционные лаки
  • Электроизоляционные эмали
  • Воскообразные диэлектрики
  • Термопластичные компаунды
  • Термореактивные компаунды
  • Электроизоляционные бумаги, картоны, фибра, волокнистые материалы
  • Текстильные электроизоляционные материалы
  • Электроизоляционные лакоткани
  • Электроизоляционные пластмассы
  • Свойства и области применения пластмасс
  • Слоистые электроизоляционные пластмассы
  • Древеснослоистые пластмассы и намотанные изделия
  • Электроизоляционные резины
  • Электроизоляционная слюда
  • Миканиты
  • Микафолий и микалента
  • Слюдинитовые и слюдопластовые электроизоляционные материалы
  • Керамика
  • Фарфоровые изоляторы
  • Стекло и стеклянные изоляторы
  • Характеристики изоляторов
  • Конденсаторные керамические материалы
  • Сегнетокерамика
  • Минеральные диэлектрики
  • Полупроводниковые материалы
  • Полупроводниковые материалы и изделия
  • Основные полупроводниковые изделия
  • Электроугольные изделия
  • Припои и клеи

§ 5. Факторы, влияющие на электрические и механические свойства проводниковых материалов
На величину удельного электрического сопротивления р и удельной проводимости у металлов оказывают большое влияние примеси. На рис. 13 показана зависимость величины удельной проводимости меди от количества введенных в нее примесей.

Процент примесей Рис. 13. Влияние примесей на удельную проводимость меди
Как видно, некоторые примеси (марганец Mn и алюминий Al) сильно снижают проводимость чистой меди даже при малом их содержании (4—6%). Золото (Аи) и цинк (Zn) снижают проводимость меди в меньшей степени, чем марганец, и алюминий.
На величину проводимости оказывает также влияние наклеп, т. е. пластическая деформация металла в результате его механической обработки (прокатка, волочение). С увеличением пластической деформации металла его проводимость падает (рис. 14). Наклепанная медная проволока, следовательно, имеет более высокое удельное электрическое сопротивление по сравнению с ненаклепанной медной проволокой. Устранить этот дефект молено отжигом металла при определенной температуре. Электрическое сопротивление металла при этом восстанавливается до прежней величины.
Следует учитывать, что излишне высокие температуры отжига могут ухудшить механические свойства отожженного металла.

Рис. 14. Влияние наклепа на удельную проводимость меди
Поэтому отжиг проводника производят при оптимальной температуре, например, проводниковую медь отжигают при температуре 450—500° С, а проводниковый алюминий — при температуре 300—350° С. Однако в тех случаях, когда необходимо повысить механическую прочность .на разрыв или твердость металлических проводниковых изделий, например проводов для воздушных линий, контактных проводов и др., используют холодную прокатку или холодное волочение этих металлов. Такие провода называются твердотянутыми.
Большое техническое и научное значение приобрели диаграммы, показывающие зависимость изменения электрических, механических и других свойств сплавов от их химического состава. Эти диаграммы получили название диаграмм «состав — свойство».
С помощью таких диаграмм можно установить желательные по свойствам сплавы определенного состава. Для проводниковых сплавов значительный интерес представляет изменение величины удельной проводимости в зависимости от процентного содержания сплавляемых металлов. В случае механической смеси двух металлов, когда в сплаве металлы находятся отдельно в виде зерен, проводимость сплавов будет изменяться по прямой линии.
На рис. 15 представлена в общем виде такая диаграмма для двойного сплава металлов А и В. На левой вертикальной оси нанесена величина удельной проводимости ул чистого металла А, а на правой вертикальной оси — величина ув чистого металла В, причем yа меньше ув. С увеличением в смеси количества металла В удельная проводимость ее будет нарастать, так как металл В с большей проводимостью будет постепенно вытеснять металл А с меньшей проводимостью. Это увеличение будет прямо пропорционально изменению состава и на диаграмме оно выразится прямой линией, соединяющей точки и ув.
В случае сплавов типа твердых растворов с неупорядоченной структурой диаграмма «состав — свойство» будет иной (рис. 16). Сплав состоит из двух металлов С и А. Металл С в чистом виде обладает удельной проводимостью ус, значение которой нанесено на левой вертикальной оси. Второй металл D имеет удельную проводимость уи, значение которой нанесено на правой вертикальной оси. При незначительном содержании в сплаве металла D величина
удельной проводимости сплава резко падает, а следовательно, удельное сопротивление его увеличивается. Это повышение р объясняется падением проводимости чистого металла в результате добавления в него примеси даже с проводимостью большей, чем проводимость исходного металла. Следовательно, всякая примесь какого-либо металла, введенная в другой металл, уменьшает проводимость твердого раствора этих металлов.

Рис. 15. Диаграмма изменения удельной пронодимостн сплава двух металлов в случае механической смеси в зависимости от процентного содержания металлов

Рис. 16. Диаграмма изменения удельной проводимости сплава двух металлов в случае твердого раствора в зависимости от их процентного содержания
При последующем увеличении содержания второго металла (на диаграмме от точки а до точки b) проводимость твердых растворов остается почти постоянной. В точке же b и далее проводимость сплава начинает увеличиваться до величины yD, соответствующей чистому металлу D. Таким образом с уменьшением примеси металла С проводимость сплава начинает повышаться, так как сплав приближается к чистому металлу D.
Сплавы типа твердых растворов с неупорядоченной структурой широко применяются для изготовления проводников с повышенными значениями удельного сопротивления (р = 0,42—1,5 ом-мм2/м). Эти проводники в виде изолированной или неизолированной (голой) проволоки применяются для изготовления реостатов, добавочных сопротивлений и нагревательных приборов, где в ограниченном объеме необходимо создать большое электрическое сопротивление. Некоторые из сплавов типа твердых растворов обладают очень малым температурным коэффициентом электрического сопротивления (а = 0-8-10

Читать еще:  Технология температурно-вакуумной формовки листового пластика

51/° С). Это позволяет их использовать в сопротивлениях, малоизменяющихся от температуры, например, в точных сопротивлениях для электроизмерительных приборов, образцовых сопротивлениях и др.
Сплавы металлов отличаются от чистых металлов повышенной механической прочностью, твердостью и большей стойкостью к окислению на воздухе (коррозионная стойкость).

§ 6. Классификация проводниковых материалов

В качестве проводниковых материалов используют чистые металлы, а также сплавы металлов. Наибольшей проводимостью обладают чистые металлы. Исключением является ртуть, у которой удельное сопротивление велико: р = 0,95 ом-мм2/м (при 20° С).
Чистые металлы составляют группу проводниковых материалов с малым удельным сопротивлением: р = 0,0150-0,108 ом-мм2/м (при 20° С). Из этих материалов (медь, алюминий) изготовляют обмоточные, монтажные и установочные провода и кабели.
Кроме материалов с малым удельным сопротивлением, в электротехнике применяются материалы с большим удельным сопротивлением * р = 0,42-М,5 ом-мм2/м. Это преимущественно сплавы на основе меди и никеля; никеля и хрома и других металлов. Изделия из этих сплавов (проволока, ленты) применяются в реостатах, добавочных и образцовых сопротивлениях. Изготовлять эти приборы из медной или алюминиевой проволоки, обладающей малым удельным сопротивлением, нерационально, так как получились бы очень большие по размерам реостаты и добавочные сопротивления. Кроме того, медь, алюминий и другие чистые металлы имеют сравнительно большой температурный коэффициент сопротивления (а = 0,00400—0,00423 1/°С), вследствие чего реостаты резко изменяли бы свое сопротивление при колебаниях температуры.

*Их также называют проводниковыми сплавами высокого удельного сопротивления.

Проводниковые же сплавы, представляющие собой твердые растворы металлов с неупорядоченной структурой, обладают большим удельным сопротивлением и малыми значениями температурного коэффициента сопротивления (а=0,00003—0,00015 1/°С). Это обеспечивает большую стабильность величины электрического сопротивления изготовленных из них реостатов и других приборов при колебаниях температуры.
Большинство проводниковых сплавов могут длительно работать при температурах до 300—500° С. В то же время отдельные области электротехники (электротермия) нуждаются в сплавах высокого электрического сопротивления, которые могли бы длительно работать при 800—1200° С. Такие сплавы называются жаростойкими сплавами. Изготовляемые из жаростойких сплавов проволока и ленты применяются в электронагревательных приборах, печах сопротивления и термостатах. К жаростойким проводниковым сплавам относятся нихром, фехраль и др.

Медь и ее характеристики

Чистая медь по электрической проводимости занимает следующее место после серебра, обладающего из всех известных проводников наивысшей проводимостью. Высокая проводимость и стойкость к атмосферной коррозии в сочетании с высокой пластичностью делают медь основным материалом для проводов.

На воздухе медные провода окисляются медленно, покрываясь тонким слоем окиси СuО, препятствующим дальнейшему окислению меди. Коррозию меди вызывают сернистый газ S02, сероводород H2S, аммиак NH3, окись азота NО, пары азотной кислоты и некоторые другие реактивы.

Рис. 8-1. Влияние примесей на электрическую проводимость меди.

Проводниковую медь получают из слитков путем гальванической очистки ее в электролитических ваннах. Примеси, даже в ничтожных количествах, резко снижают электропроводность меди (рис. 8-1), делая ее малопригодной для проводников тока, поэтому в качестве электротехнической меди применяются лишь две ее марки (М0 и M1) по ГОСТ 859-66, химический состав которых приведен в табл. 8-1.

В табл. 8-1 не указана бескислородная медь марки М00 (99,99% Си), свободная от содержания кислорода и окислов меди, отличающаяся от меди марок М0 и M1 меньшим количеством примесей и существенно более высокой пластичностью, позволяющей ее волочение в тончайшие проволоки. По проводимости медь М00 не отличается от меди М0 и M1. Медь повышенной чистоты широко используется в электровакуумной технике.

Примеси Bi и Рb в больших количествах, чем указано в табл. 8-1, делают невозможным горячую прокатку меди. Сера не вызывает горячеломкость меди, но повышает ее хрупкость на холоде. Примеси в небольших количествах Ni, Ag, Zn и Sn не ухудшают технологических свойств, повышая механическую прочность и термическую стойкость меди.

Читать еще:  Пайка твердыми припоями: расскажите технологию

Кислород как примесь в малых дозах, не затрудняя заметно прокатку, несколько повышает проводимость меди, так как находящиеся в меди другие примеси в результате окисления выводятся из твердого раствора, где они наиболее сильно влияют на снижение проводимости металла.

Повышенное содержание кислорода снижает проводимость и делает медь хрупкой в холодном состоянии, поэтому в электротехнических марках меди присутствие кислорода ограничивается (табл. 8-1). Медь, содержащая кислород, подвержена также водородной болезни. В восстановительной атмосфере закись меди восстанавливается до металла. Во время реакций, идущих с образованием водяных паров, в.меди появляются микротрещины.

Таблица 8-1 Химический состав проводниковой меди (ГОСТ 859-66)

Почти все изделия из проводниковой меди изготовляются путем проката, пресования и волочения. Так, волочением могут быть изготовлены провода диаметром до 0,005 мм, ленты толщиной до 0,1 мм и медная фольга толщиной до 0,008 мм.

Проводниковая медь применяется как в отожженном после холодной обработки виде (мягкая медь марки ММ), так и без отжига (твердая медь марки МТ).

При холодной обработке давлением прочность меди в результате обжатия (наклепа) растет, а удлинение падает, однако длительные рабочие температуры наклепанной меди ограничены и лежат в пределах до 160-200 °С, после чего из-за процесса рекристаллизации происходят разупрочнение и резкое падение твердости наклепанной меди. Чем выше степень обжатия при холодной обработке, тем ниже допустимые рабочие температуры твердой меди.

При температурах термообработки выше 900 °С вследствие интенсивного роста зерна механические свойства меди резко ухудшаются. Физические и технологические свойства меди приведены в табл. 8-2.

Влияние температуры отжига на механические свойства и электрическую проводимость меди представлено на рис. 8-2.

Рис. 8-2. Влияние температуры отжига на свойства меди.

Для электротехнических целей из меди изготовляют проволоку, ленту, шины как в мягком (отожженном) состоянии, так и в твердом.

Согласно ГОСТ 434-71 число твердости Бринелля твердых лент при испытании шариком диаметром 5 мм, нагрузке 2500 Н и выдержке 30 с.

В зависимости от рабочей температуры механические свойства меди представлены в табл.8-3.

В целях повышения предела ползучести и термической устойчивости медь легируют серебром в пределах 0,07-0,15%, а также магнием, кадмием, хромом, цирконием и другими элементами.

В настоящее время медь с присадкой серебра применяется для обмоток быстроходных и нагревостойких машин большей мощности, а медь, легированная различными элементами, используется в коллекторах и контактных кольцах сильно нагруженных машин.

Удельное сопротивлене меди и ее влияние на свойства металла

С самого начала электрической эры известно, что медь со своими уникалными свойствами пригодна в употреблении. Медь — ковкий и пластичный материал с отличной электропроводностью. Наряду с использованием эмалированных проводов Elektrisola использует электролитическую медь (Cu-ETP) высокой степени чистоты (99,95 %), которая позволяет нам производить сверхтонкий провод до 10 микрон толщины. Мы имеем в продаже эмальпровода диаметром от 0,010мм до 0,500мм с любой эмалевой изоляцией. Кроме эмальпроводов ELEKTRISOLA также производит неизолированные провода.

Свойства

  • Повышенная электропроводность
  • Хорошая способность к лужению
  • Высокая пластичность

Применение

  • Компоненты для электроиндустрии
  • Автомобилестроение
  • Электроприборы
  • Предметы потребления
  • Часы
  • Производство компьютеров

Типичные значения

Cu
Предел прочности на разрыв[N/mm mm²]220-300
Предел удлинения на 1% растяжения[N/mm mm²]120-200
Электропроводность[S*m/mm²]58.5
Удельное сопротивление[Ohm*mm²/m]0.0171
Тепловой коэффициент сопротивления[1E-6/K]3800-4100
Плотность[kg/dm³]8.93

Вычисление сопротивления

Сопротивление проводникового материалла (например медных проводов)

Сопротивление R медного провода в длине l возможно высчитать следующей формулой

если
R — сопротивление проводникового материалла (ом)
l — длина провода в метрах
ρ — электрическое удельное сопротивление материалла
A — площадь поперечного сечения
π — математическое число
d — номинальный диаметр провода в миллиметрах

Электрическое удельное сопротивление ρ

Электрическое удельное сопротивление описывает в какой мере этот материал сопротивляется электрическому току. Низкое сопротивление указывает что материал легко пропускает электрический заряд. У меди электрическое сопротивление от 0.0171 Ohm • mm²/m это сопротивление является одним из лучших проводников для электрического тока (после чистого серебра).

Проводимость γ

Электрическая проводимость или определенная проводимость является материальной мерой возможности проводимости электрического тока. Проводимость противоположна электрическому сопротивлению. У отоженной медной проволоки минимальная проводимость от 58 S*m/mm², что эквивалентно 100% IACS (Международная Стандартная отоженная медь), актуальный размер типичной катушки 58,5-59 S*m/mm²

Температурный коэффициент электрического сопротивления

Электрическое сопротивление зависит от температуры проволоки. Эту связь между сопротивлением и температурой выражает коэффициент термического сопротивления α. Для расчета сопротивления моточного изделия или проволоки при температуре T можно воспользоваться следующей формулой:

где
α — температурный коэффициент сопротивления
RT — сопротивление моточного изделия при температуре T
R20 — сопротивление моточного изделия при температуре 20°C

Удельное сопротивлене меди и ее влияние на свойства металла

Термин «удельное сопротивление» обозначает параметр, которым обладает медь или любой другой металл, и довольно часто встречается в специальной литературе. Стоит разобраться, что понимается под этим.

Одна из разновидностей медного кабеля

Общие сведения об электрическом сопротивлении

Для начала следует рассмотреть понятие электрического сопротивления. Как известно, под действием электрического тока на проводник (а медь является одним из лучших металлов-проводников) часть электронов в нем покидают свое место в кристаллической решетке и устремляются по направлению к положительному полюсу проводника. Однако не все электроны покидают кристаллическую решетку, часть из них остаются в ней и продолжают совершать вращательное движение вокруг ядра атома. Вот эти электроны, а также атомы, расположенные в узлах кристаллической решетки, и создают электрическое сопротивление, препятствующее продвижению высвободившихся частиц.

Данный процесс, который мы вкратце обрисовали, характерен для любого металла, для меди в том числе. Естественно, что различные металлы, у каждого из которых особая форма и размеры кристаллической решетки, сопротивляются продвижению по ним электрического тока по-разному. Как раз эти различия и характеризует удельное сопротивление – показатель, индивидуальный для каждого металла.

Удельное электрическое сопротивление некоторых веществ

Применение меди в электрических и электронных системах

Для того чтобы понять, причину популярности меди как материала для изготовления элементов электрических и электронных систем, достаточно посмотреть в таблице значение ее удельного сопротивления. У меди данный параметр равен 0,0175 Ом*мм2/метр. В этом отношении медь уступает только серебру.

Именно низкое удельное сопротивление, измеряемое при температуре 20 градусов Цельсия, является основной причиной того, что без меди сегодня не обходится практически ни одно электронное и электротехническое устройство. Медь – это основной материал для производства проводов и кабелей, печатных плат, электродвигателей и деталей силовых трансформаторов.

Низкое удельное сопротивление, которым характеризуется медь, позволяет использовать ее для изготовления электротехнических устройств, отличающихся высокими энергосберегающими свойствами. Кроме того, температура проводников из меди повышается очень незначительно при прохождении через них электрического тока.

Зависимость сопротивления меди от температуры

Читать еще:  Разновидности резцов для токарного станка по металлу

Что влияет на величину удельного сопротивления?

Важно знать, что существует зависимость величины удельного сопротивления от химической чистоты металла. При содержании в меди даже незначительного количества алюминия (0,02%) величина этого ее параметра может значительно возрасти (до 10%).

Влияет на этот коэффициент и температура проводника. Объясняется это тем, что при повышении температуры усиливаются колебания атомов металла в узлах его кристаллической решетки, что и приводит к тому, что коэффициент удельного сопротивления возрастает.

Именно поэтому во всех справочных таблицах значение данного параметра приведено с учетом температуры 20 градусов.

Как рассчитать общее сопротивление проводника?

Знать, чему равно удельное сопротивление, важно для того, чтобы проводить предварительные расчеты параметров электротехнического оборудования при его проектировании. В таких случаях определяют общее сопротивление проводников проектируемого устройства, обладающих определенными размерами и формой. Посмотрев значение удельного сопротивления проводника по справочной таблице, определив его размеры и площадь поперечного сечения, можно рассчитать величину его общего сопротивления по формуле:

В данной формуле используются следующие обозначения:

  • R — общее сопротивление проводника, которое и необходимо определить;
  • p — удельное сопротивление металла, из которого изготовлен проводник (определяют по таблице);
  • l — длина проводника;
  • S — площадь его поперечного сечения.

Влияние примесей на удельное сопротивление меди

Удельное сопротивлене меди и ее влияние на свойства металла

В соединениях медь проявляет две степени окисления: +1 и +2. Первая из них склонна к диспропорционированию и устойчива только в нерастворимых соединениях (Cu2O, CuCl, CuI и т. п.) или комплексах (например, [Cu(NH3)2]+). Её соединения бесцветны. Более устойчива степень окисления +2, которая даёт соли синего и сине-зелёного цвета. В необычных условиях можно получить соединения со степенью окисления +3 и даже +5. Последняя встречается в солях купраборанового аниона Cu(B11H11)23−, полученных в 1994 году.

Не изменяется на воздухе в отсутствие влаги и диоксида углерода. Является слабым восстановителем, не вступает в реакцию с водой и разбавленной соляной кислотой. Переводится враствор кислотами-неокислителями или гидратом аммиака в присутствии кислорода, цианидом калия. Окисляется концентрированными серной и азотной кислотами, «царской водкой», кислородом, галогенами, халькогенами, оксидами неметаллов. Вступает в реакцию при нагревании с галогеноводородами.

На влажном воздухе медь окисляется, образуя основный карбонат меди(II) (внешний слой патины):

На влажном воздухе медь окисляется, образуя основный карбонат меди(II) (внешний слой патины):

2Cu + H2O + CO2 + O2 à Cu2CO3(OH)2↓

Реагирует с концентрированной холодной серной кислотой:

Cu + H2SO1 àCuO + SO2 ↑ + H2O

С концентрированной горячей серной кислотой:

Cu + 2H2SO4 à CuSO4 + SO2 ↑ + 2H2O

  • В электротехнике
  • Теплообмен
  • Для производства труб
  • Сплавы
  • Сплавы на основе меди
  • Сплавы, в которых медь значима
  • Ювелирные сплавы
  • Соединения меди

Из-за низкого удельного сопротивления (уступает лишь серебру, удельное сопротивление при 20 °C: 0,01724-0,0180 мкОм·м), медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых и других кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках электроприводов (быт: электродвигателях) и силовых трансформаторов. Для этих целей металл должен быть очень чистый: примеси резко снижают электрическую проводимость. Например, присутствие в меди 0,02 % алюминия снижает её электрическую проводимость почти на 10 %.

Другое полезное качество меди — высокая теплопроводность. Это позволяет применять её в различных теплоотводных устройствах, теплообменниках, к числу которых относятся и широко известныерадиаторы охлаждения, кондиционирования и отопления, компьютерных кулерах, тепловых трубках.

В связи с высокой механической прочностью и пригодностью для механической обработки медные бесшовные трубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей и газов: во внутренних системах водоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования и холодильных агрегатах. В ряде стран трубы из меди являются основным материалом, применяемым для этих целей: во Франции, Великобритании и Австралии для газоснабжения зданий, в Великобритании, США, Швеции и Гонконге для водоснабжения, в Великобритании и Швеции для отопления.

В России производство водогазопроводных труб из меди нормируется национальным стандартом ГОСТ Р 52318-2005, а применение в этом качестве федеральным Сводом Правил СП 40-108-2004. Кроме того, трубопроводы из меди и сплавов меди широко используются в судостроении и энергетике для транспортировки жидкостей и пара.

В разнообразных областях техники широко используются сплавы с использованием меди, самыми широко распространёнными из которых являются упоминавшиеся выше бронза и латунь. Оба сплава являются общими названиями для целого семейства материалов, в которые, помимо олова и цинка, могут входить никель, висмут и другие металлы. Например, в состав пушечной бронзы, использовавшейся для изготовления артиллерийских орудий вплоть до XIX века, входят все три основных металла — медь, олово, цинк; рецептура менялась от времени и места изготовления орудия. Большое количество латуни идёт на изготовление гильз артиллерийских боеприпасов и оружейных гильз, благодаря технологичности и высокой пластичности. Для деталей машин используют сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большей прочности: 30—40 кгс/мм² у сплавов и 25—29 кгс/мм² у технически чистой меди. Медные сплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторых алюминиевых бронз) не изменяют механических свойств при термической обработке, и их механические свойства и износостойкость определяются только химическим составом и его влиянием на структуру. Модуль упругости медных сплавов (900—12000 кгс/мм², ниже, чем у стали). Основное преимущество медных сплавов — низкий коэффициент трения (что делает особенно рациональным применением их в парах скольжения), сочетающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошей стойкостью против коррозии в ряде агрессивных сред (медно-никелевые сплавы и алюминиевые бронзы) и хорошей электропроводностью. Величина коэффициента трения практически одинакова у всех медных сплавов, тогда как механические свойства и износостойкость, а также поведение в условиях коррозии зависят от состава сплавов, а следовательно, от структуры. Прочность выше у двухфазных сплавов, а пластичность у однофазных. Медноникелевый сплав (мельхиор) используются для чеканки разменной монеты. Медноникелевые сплавы, в том числе и так называемый «адмиралтейский» сплав, широко используются в судостроении (трубки конденсаторов отработавшего пара турбин, охлаждаемых забортной водой) и областях применения, связанных с возможностью агрессивного воздействия морской воды из-за высокой коррозионной устойчивости. Медь является важным компонентом твёрдых припоев — сплавов с температурой плавления 590—880 градусов Цельсия, обладающих хорошей адгезией к большинству металлов, и применяющихся для прочного соединения разнообразных металлических деталей, особенно из разнородных металлов, от трубопроводной арматуры до жидкостных ракетных двигателей.

Дюраль (дюралюминий) определяют как сплав алюминия и меди (меди в дюрали 4,4 %).

В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям и истиранию, так как чистое золото — очень мягкий металл и нестойко к механическим воздействиям.

Оксиды меди используются для получения оксида иттрия бария меди YBa2Cu3O7-δ, который является основой для получения высокотемпературных сверхпроводников. Медь применяется для производства медно-окисных гальванических элементов и батарей.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector