Электрическое сопротивление и проводимость металлов
К важнейшим характеристикам металлов относится их электрическая проводимость. Способность металлопроката проводить ток обуславливается электронным строением атомов элементов и температурными условиями эксплуатации. В зависимости от показателей проводимости тока различается и сфера применения конкретного вида металла.
Характеристики электрического сопротивления и проводимости металлов
Свойство материала противостоять прохождению сквозь него тока выражается в величине электрического сопротивления. Зависит оно от показателя удельного сопротивления металла. Параметр возрастает по мере увеличения температуры, что обуславливает интенсивное колебание атомов внутри кристаллической решетки и затрудняет тем самым движение заряда тока.
Обратной сопротивлению выступает величина удельной проводимости, характеризующая способность атомов пропускать заряженные частицы тока. Проводимость тока металлов обуславливается наличием в их атомах валентных электронов – свободных и подвижных частиц, расположенных на внешнем слое оболочки.
Чем больше свободных электронов у металла, тем лучше его проводимость.
По характеристикам электропроводности металлы разделены на группы:
- проводники – обладают высоким числом хаотично движущихся свободных электронов;
- полупроводники – отличаются наличием пустых пространств в местах валентных электронов;
- диэлектрики – характеризуются низким количеством свободных частиц и минимальной электропроводностью.
В применении металлопроката учитывается зависимость проводимости металлов от температуры. При нагревании проводника колебания атомов возрастают, что снижает электропроводность вещества. В полупроводниках и диэлектриках рост температуры приводит к увеличению числа заряженных частиц и пустых пространств, что отражается на повышении показателя проводимости. Изменение свойств металлов в зависимости от температуры отражает температурный коэффициент электросопротивления.
Таблица удельных сопротивлений и проводимости металлов и сплавов
|
Разновидность металла |
Показатель удельного сопротивления, (Ом*мм2/2), t=20 С |
Показатель удельной электропроводности, (См*м), t=20 С |
Температурный коэффициент сопротивления α, (1/°С)*10-3 |
|
Железо |
0,098 |
9,93*106 |
6 |
|
Сталь |
0,103-0,137 |
1,36*106 |
1-4 |
|
Медь |
0,016 |
58*106 |
4,3 |
|
Алюминий |
0,028 |
37,7*106 |
4,2 |
|
Никель |
0,087 |
1,43*107 |
6,5 |
|
Олово |
0,121 |
9,11*106 |
4,4 |
|
Цинк |
0,059 |
1,69*107 |
4,2 |
|
Молибден |
0,054 |
18,7*106 |
4,5 |
|
Титан |
0,417 |
2,38*106 |
3,5 |
|
Литий |
0,928 |
1,08*107 |
4,5 |
|
Свинец |
0,192 |
4,55*106 |
3,8 |
|
Вольфрам |
0,053 |
19*106 |
5 |
|
Золото |
0,023 |
45,2*106 |
4 |
|
Серебро |
0,016 |
62*106 |
4,1 |
|
Платина |
0,107 |
9,43*106 |
3,9 |
|
Висмут |
1,2 |
0,77*106 |
4,5 |
|
Иридий |
0,047 |
21,2*106 |
4,1 |
|
Латунь |
0,029 |
15,5*106 |
0,2 |
|
Ртуть |
0,940 |
1,03*106 |
1,0 |
|
Натрий |
0,047 |
20,9*106 |
5,4 |
|
Магний |
0,045 |
22,8*106 |
3,9 |
|
Чугун |
0,5-1,0 |
1,5-4,0*107 |
0,001 |
|
Хромель (сплав хром и никеля) |
1,01 |
3,2*108 |
0,0001 |
|
Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца) |
1,1 |
9,9*106 |
0,00016 |
|
Манганин (сплав меди марганца и никеля) |
0,5 |
2,06*106 |
0,00005 |
|
Константин (сплав никеля, меди, марганца) |
0,49 |
2,04*106 |
0,000005 |
|
Фехраль |
1,2-1,3 |
0,83*106 |
0,0008 |
Свойства проводников обладают первостепенным значением в электронной технике.
Металлы широко применяются в изготовлении деталей приборов, служат покрытиями для диэлектриков и присадками в припоях. Элементы с высокой электропроводностью используются в производстве контактного оборудования – рубильников, реле, электрических выключателей. Отдельные виды металлов выступают компонентами красок и клеевых составов, обеспечивая их проводимость тока.
Популярные материалы в электротехнике
К востребованным в производстве электрических кабелей металлам относятся медь и алюминий. Они характеризуются прочностью, малым весом, простотой литья и обработки. Но для длительной эксплуатации лучшим вариантом признаны медные провода.
Это обуславливается следующими факторами:
- электропроводность меди выше, чем у алюминия;
- электрическое сопротивление меди меньше.
Кабели, изготовленные из меди, лучше пропускают электричество. Особенностью выступает независимость характеристик металла от температуры. Но цена медных комплектующих выше, что объясняет распространенность алюминиевых аналогов.
Стандартные значения величин удельного сопротивления рассчитываются для средней комнатной температуры в 20 градусов Цельсия. Однако специфика приборостроения и точной электроники требует применения резистивных материалов, характеризующихся высоким стабильным сопротивлением вне зависимости от температурных изменений. К ним относятся твердые сплавы манганин, фехраль, нихром, константин, хромель. Свойства резистивных материалов позволяют использовать их в изготовлении проволочных резисторов и электронагревательных деталей.
Медь и ее сплавы — свойства и применение
Медь и ее сплавы — характеристики, свойства и применение
Медь (Cu) от латинского Cuprum — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой с желтовато-красным оттенком. Медь металл с повышенной тепло- и электропроводностью, второе место по электропроводности среди металлов после серебра. Удельная электропроводность при 20°C: 55,5-58 МСм/м. Металл с относительно большим температурным коэффициентом сопротивления: 0,4% / °С.
Медь относится к металлам диамагнетикам. Получают из медных руд и минералов, методом пирометаллургии, гидрометаллургии и электролиза. Медь имеет низкий коэффициент трения и применяется в парах скольжения.
Химические свойства меди
Медь является сравнительно малоактивным металлом. В нормальных условиях на сухом воздухе её окисления не происходит. Она легко реагирует с галогенами, селеном и серой. Кислоты без окислительных свойств не оказывают воздействия на медь. С водородом, углеродом и азотом химических реакций нет. На влажном воздухе происходит окисление с образованием карбоната меди (II) – верхнего слоя платины.
Медь обладает амфотерностью, то есть в земной коре образует катионы и анионы. В зависимости от условий, соединения меди проявляют кислотные или основные свойства.
Химический состав катодной меди (ГОСТ 859-2014)
| Химический элемент | Массовая доля элемента для марок | |||
|---|---|---|---|---|
| М00к | М0к | М1к | ||
| Медь, не менее | — | 99,97 | 99,95 | |
| Примеси по группам, не более: | ||||
| 1 | Висмут | 0,00020 | 0,0005 | 0,001 |
| Селен | 0,00020 | — | — | |
| Теллур | 0,00020 | — | — | |
| Сумма 1-й группы | 0,00030 | — | — | |
| Хром | — | — | — | |
| Марганец | — | — | — | |
| Сурьма | 0,0004 | 0,001 | 0,002 | |
| Кадмий | — | — | — | |
| Мышьяк | 0,0005 | 0,001 | 0,002 | |
| Фосфор | — | 0,001 | 0,002 | |
| Сумма 2-й группы | 0,0015 | — | — | |
| 3 | Свинец | 0,0005 | 0,001 | 0,003 |
| 4 | Сера | 0,0015 | 0,002 | 0,004 |
| 5 | Олово | — | 0,001 | 0,002 |
| Никель | — | 0,001 | 0,002 | |
| Железо | 0,0010 | 0,001 | 0,003 | |
| Кремний | — | — | — | |
| Цинк | — | 0,001 | 0,003 | |
| Кобальт | — | — | — | |
| Сумма 5-й группы | 0,0020 | — | — | |
| 6 | Серебро | 0,0020 | 0,002 | 0,003 |
| Сумма перечисленных примесей | 0,0065 | — | — | |
| Кислород, не более | — | 0,015 | 0,02 | |
Физические свойства меди
На воздухе медь приобретает яркий желтовато-красный оттенок за счёт образования оксидной плёнки.
Тонкие же пластинки при просвечивании зеленовато-голубого цвета. В чистом виде медь достаточно мягкая, тягучая и легко прокатывается, и вытягивается. Примеси способны повысить её твёрдость.
Высокую электропроводность меди можно назвать главным свойством, определяющим её преимущественное использование. Также медь обладает очень высокой теплопроводностью. Такие примеси как железо, фосфор, олово, сурьма и мышьяк влияют на базовые свойства и уменьшают электропроводность и теплопроводность. По данным показателям медь уступает лишь серебру.
Медь обладает высокими значениями плотности, температуры плавления и температуры кипения. Важным свойством также является хорошая стойкость по отношению к коррозии. К примеру, при высокой влажности железо окисляется значительно быстрее.
Медь хорошо поддаётся обработке: прокатывается в лист и пруток, протягивается в проволоку с толщиной, доведённой до тысячных долей миллиметра. Этот металл является диамагнетиком, то есть намагничивается против направления внешнего магнитного поля.
На нашем сайте, в каталоге медного проката, вы можете ознакомится и приобрести следующие виды продукции из меди:
- Медный анод
- Медный пруток
- Медная лента
- Медный лист
- Медная проволока
- Медная труба
- Медные фитинги
- Медная шина
- Медно-никелевая труба
- Медная труба для кондиционеров
Применение меди
Двухфазные сплавы с повышенной прочностью, однофазные пластичны. Медно-никелевые трубы используются в судостроении, трубки конденсаторов отработавшего пара турбин, охлаждаемых забортной водой, и областях с воздействием морской воды.
Медь компонент твёрдых припоев, сплавов с температурой плавления 590-880°С, с повышенной адгезией к большинству металлов.
Медный анод используются как сырье, необходимого для образования защитного слоя меди на металлических поверхностях. Аноды изготавливаются из меди марок М1 или АМФ в составе фосфор — легирующая добавка для растворения анодов при электролизе. Если в конце обозначения марки стоит буква «у», то это значит, что изготовленные из нее аноды характеризуются очень высоким качеством. Медно-фосфористые аноды, в составе которых железо, свинец и сера. В электролите образуется меньшее количество шлама, а значит, покрытие изделия будет прочным, надежным и долговечным.
Имея повышенную проводимость электричества, медная проволока получила распространение в электроэнергетике. Популярностью пользуется диаметр до 8 мм, из нее изготавливают проводники, провода, шнуры и кабели. Медный сортовой прокат применяется в электротехнике, криогенном оборудовании, трансформаторных подстанциях, используют как обмотку двигателей.
Медные шины применяются для монтажных магистральных шинопроводов. В низковольтном оборудовании электротехнические медные шины применяют для состыковки с электрическими цепями. В высоковольтном оборудовании используются в областях, требующих наличие малого реактивного и активного цепного сопротивления. Шины из бескислородной меди используются для космического и вакуумного оборудования. В основе распределительных устройств, линейных ускорителей, сверхпроводников и электронных приборов. Популярны и незаменимы в области микроэлектроники, в атомной энергетике.
В архитектуре для кровли фасадов применяется медная лента, из-за авто затухания процесса коррозии срок службы составляет 100-150 лет. В России используют медный лист для кровель и фасадов нормируется федеральным Сводом Правил СП 31-116-2006.
Также медь используется для бытовых и промышленных систем кондиционирования. Трубки для кондиционеров способны выдерживать повышенное давление без деформации и при этом оставаться гибкими.
Медные трубы отожженного типа выпускаются метражом 15-50 метров, и имеют прочностью 210-220 тыс. кПа, разрывное удлинение 50-60%. Не отожженные трубы поставляются прутками, прочность 280-300 тыс. кПа, разрывное удлинение 10-15%. Диаметр выбирается исходя из мощности устройства, чем больше — тем выше уровень хладагента.
Повышенная механическая прочность бесшовных медных труб круглого сечения применяется для транспортировки жидкостей и газов: во внутренних системах водоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования и холодильных агрегатах. В таких странах как Франция, Великобритания и Австралия медные трубы используются для газоснабжения, а в Великобритании, США, Швеции и Гонконге для водоснабжения. В России производство водо-газопроводных труб из меди нормируется национальным стандартом ГОСТ Р 52318-2005, а применение в этом качестве федеральным Сводом Правил СП 40-108-2004.
При установке водопроводных систем как крепеж используются медные фитинги. Они применяются на местах стыков труб, при разветвлениях или на поворотах.
Фитинг часто исполняет роль переходника от одного материала к другому. Лучше использовать детали фитинга из аналогового материала. Если используется медный трубопровод, то фитинг нужен из такого же материала или латуни, который совместим с медью. Фитинг соединяет трубы без сварки или нарезания резьбы, что сокращает время на установки трубопровода, а также повышает качество, надёжность и сроки эксплуатации.
В производстве деталей для приборостроения, автомобильной и машиностроительной промышленности используются медные прутки. Также они применяются при изготовлении украшений, домашней утвари, предметов интерьера. В электротехнике используется для изготовления токопроводящих конструкций, проводников, деталей корпуса, заземляющих и токоотводящих конструкций. Из медного прутка изготовляют: втулки, гвозди, заклепки, гайки, болты, шайбы, клапаны, шестерни, валы и т.д.
Назад в блог статей
Медь и железо – в чем разница
Медь и железо – два древнейших известных металла.
Оба использовались на протяжении всей истории для различных целей, от инструментов до украшений. Но как они сравниваются? В этой статье будут рассмотрены различия между медью и железом, включая их свойства, использование и преимущества.
Свойства меди по сравнению с железом
Медь — это мягкий металл, обладающий высокой ковкостью и пластичностью. Он обладает отличной электро- и теплопроводностью, что делает его идеальным материалом для проводки и электрических компонентов. Он также устойчив к коррозии в большинстве сред, что делает его идеальным для использования в сантехнике или элементах наружной отделки. Его красновато-оранжевый оттенок также придает ему эстетическую привлекательность.
Железо намного тверже меди и менее пластично. Он также имеет хорошую электропроводность, но лучше, чем теплопроводность меди: железо легко ржавеет при воздействии влаги, поэтому его необходимо покрывать или обрабатывать для предотвращения коррозии. Железо имеет серебристо-серый цвет, что придает ему гладкий вид при полировке или окраске.
Использование меди в сравнении с железом
Медь часто используется в электропроводке из-за ее высокой электропроводности и пластичности, что позволяет изгибать ее в различные формы без разрушения или растрескивания. Также он обладает отличной термостойкостью, поэтому его можно использовать в системах отопления и радиаторах без риска перегрева или расплавления материала. Его можно использовать в сантехнике из-за его коррозионной стойкости и в украшениях, таких как ювелирные изделия, из-за его привлекательной окраски.
Железо обычно используется в строительстве, потому что оно достаточно прочное, чтобы поддерживать большие конструкции, и в то же время недорогое по сравнению с другими материалами, такими как сталь или алюминий. Его прочность также делает его идеальным материалом для таких инструментов, как молотки или гаечные ключи, поскольку он не ломается легко под нагрузкой или напряжением, как это могут сделать более мягкие металлы, такие как медь. Кроме того, его способность удерживать край означает, что железные лезвия часто предпочтительнее лезвий из более мягких металлов, таких как бронза или латунь, для таких задач, как нарезка овощей или резьба по дереву.
Цена меди и железа
При выборе металла для строительства медь и железо являются двумя наиболее распространенными материалами. Хотя оба металла имеют множество применений, важным фактором, который следует учитывать, является стоимость. Медь, как правило, стоит дороже, чем железо, поэтому проекты, требующие больших порций металла, вероятно, будут дороже, если они будут выполнены с использованием меди. Тем не менее, некоторые предприятия по благоустройству дома и промышленные предприятия могут счесть более экономичным в долгосрочной перспективе использование меди вместо железа из-за ее превосходной долговечности и устойчивости к коррозии. Таким образом, стоимость должна быть тщательно сбалансирована с долгосрочными экономическими перспективами при выборе между этими двумя популярными металлами.
Проводимость меди и железа
Медь и железо — это два металла, которые, хотя и способны проводить электрический ток, сильно различаются по скорости и силе проводимости.
Медь известна своей превосходной электропроводностью по сравнению с железом, что означает, что электрический ток проходит через нее с большей легкостью. По этой причине медь часто используется в производственных линиях, где требуется более высокая передача тока, например, в промышленных целях, таких как автомобильное производство и компьютерные схемы. Подтверждающие расчеты также показали, что медь имеет более стабильный отклик в диапазоне частот, чем железо. Тем не менее, доступность железа компенсирует его более низкую производительность в определенных ситуациях; Он гораздо более долговечен и устойчив к коррозии, чем медь, что делает его идеальным для электрической инфраструктуры, требующей более длительного срока службы, такой как электрические сети и силовые кабельные системы.
Вес меди и железа
Медь и железо являются двумя наиболее распространенными и универсальными металлами, используемыми в различных отраслях промышленности. Хотя оба металла имеют широкий спектр применения, есть одно существенное отличие, которое отличает их друг от друга — вес.
Медь значительно легче железа, и с ней легче работать. Это делает его идеальным для использования в изделиях, которые должны быть легкими, но при этом сохранять прочность, например, трубы или провода. С другой стороны, железо имеет гораздо больший вес, поэтому оно отлично подходит для обеспечения надежной поддержки или устойчивости, например, в мостах или крупных строительных проектах. Независимо от того, ищете ли вы что-то, чтобы быстро выполнить работу, или вам нужно что-то, что может выдержать большую нагрузку, вес меди по сравнению с железом, безусловно, играет важную роль в принятии вашего решения.
Лучший проводник электричества
Одним из главных преимуществ меди перед железом является то, что она лучше проводит электричество. Это означает, что медь можно более эффективно использовать в электрических приложениях, таких как проводка и электрические компоненты. Кроме того, медь менее подвержена коррозии, чем железо, что делает ее более долговечной.
Более гибкий, чем железо
Еще одно преимущество меди перед железом заключается в том, что она более гибкая.
Его можно использовать в приложениях, где важна гибкость, например, в сантехнике и трубопроводах. Кроме того, медь с меньшей вероятностью сломается или треснет, чем железо, что делает ее более долговечной.
Более низкая температура плавления, чем у железа
Медь также имеет более низкую температуру плавления, чем железо, что означает, что ее можно использовать там, где желательна более низкая температура плавления. Например, из меди можно производить полупроводники и другие электронные устройства. Кроме того, более низкая температура плавления меди облегчает работу с ней, чем с железом.
Более устойчивы к коррозии, чем железо
Медь также более устойчива к коррозии, чем железо, что означает, что она не так легко ржавеет или подвергается коррозии. Это делает его идеальным материалом для применений, где важна коррозионная стойкость, например, в морской среде. Кроме того, коррозионная стойкость меди облегчает ее переработку по сравнению с железом.
Более высокая теплопроводность, чем у железа
Наконец, медь имеет более высокую теплопроводность, чем железо, что означает, что ее можно более эффективно использовать в приложениях, где важна теплопередача.
Например, медь можно использовать в теплообменниках и радиаторах.
Заключение:
При рассмотрении вопроса о том, следует ли использовать для вашего проекта медь или железо, необходимо учитывать несколько факторов: стоимость, прочность, твердость, ковкость и т. д. В конечном итоге оба материала имеют свои сильные и слабые стороны; то, что работает лучше всего, будет зависеть от приложения, для которого вы их используете! Например, если вам нужно что-то, что может выдерживать высокие температуры, то медь будет лучшим выбором, тогда как железо лучше подойдет для поставленной задачи, если важнее прочность. У каждого металла есть свой уникальный набор плюсов и минусов; понимание этого поможет вам сделать правильный выбор при выборе между медью и железом!
Абхишек Модак
Абхишек — опытный блоггер и отраслевой эксперт, который делится своими взглядами и знаниями по различным темам. Своими исследованиями Абхишек предлагает ценные идеи и советы профессионалам и энтузиастам.
Подпишитесь на него, чтобы получить экспертные советы о последних тенденциях и разработках в металлургической промышленности.
C194 Медно-железный (CuFe2P) | Fisk Alloy
Alloy C194 — высокоэффективный сплав первого поколения, используемый во всем мире. C194 сочетает в себе хорошую электропроводность с высокой прочностью на разрыв, хорошей паяемостью и гальванопокрытием. Приложения включают соединители, полупроводниковые штыри и выводные рамки, розетки и массовые выводы.
Английские единицы Метрические единицы
Механические свойства
Круглая проволока
| Отожженный | 40 | 58 | 0,0010–0,1285 дюйма | |
| 1/4 жесткий | Н01 | 50 | 65 | |
| 1/2 Жесткий | Н02 | 60 | 75 | |
| Жесткий | Х04 | 70 | 85 | |
| Сверхтвердый | Х06 | 80 | 95 | |
| Пружина | Х08 | 90 |
Квадратная проволока
| Отожженный | 40 | 58 | 0,0100–0,0808 дюйма | |
| 1/4 жесткий | Н01 | 50 | 65 | |
| 1/2 жесткий | Н02 | 60 | 75 | |
| Жесткий | Х04 | 70 | 85 | |
| Сверхтвердый | Х06 | 80 | 95 | |
| Пружина | Х08 | 90 |
Плоский прокат
| Отожженный | 40 | 63 | Толщина: Ширина: | |
| 1/2 жесткий | Н02 | 53 | 63 | |
| Жесткий | Х04 | 60 | 70 | |
| Сверхтвердый | Х06 | 67 | 73 | |
| Пружина | Н08 | 70 | 76 | |
| Дополнительная пружина | х20 | 73 | 80 |
Физические свойства
| Температура плавления (Liquidis) | 1990°F |
| Точка плавления (Солидус) | 1980°F |
| Плотность | 0,322 фунта/куб. |