Электропроводность примеры в быту – учитель физики высшей категории Тукова Н.Б. МОУ СОШ 58 г. Нижний Новгород.”. Скачать бесплатно и без регистрации.

Содержание

Электризация: в быту и на производстве

В разных областях промышленности на сегодняшний день все более популярным становится применение сильных электрических полей, а также синтетики. В связи с этим нельзя не отметить, что синтетические волокна имеют возможность накапливать в себе электрические заряды. Поэтому сегодня нередко приходится решать вопросы, связанные с воздействием электрических полей как на организм человека, так и на различные технологические процессы.

 

Способы, которые могут противостоять накоплению электрических зарядов

 

Сегодня многие спрашивают, существуют ли такие способы в принципе? Ответ в данном случае определенно положительный, поскольку наука не стоит на месте. И сейчас мы рассмотрим некоторые из таких способов, которые можно применять как в быту, так и на производстве.

Если говорить об устранении зарядов статического электричества в домашних условиях, то стоит отметить, что есть несколько довольно верных и простых способов. Например, повысить влажность воздуха в квартире примерно до 70%. Для того чтобы достичь такого результата можно использовать специальные электрические увлажнители. А если еще и к воде, которой мы обычно протираем пол, добавить гидрофильные вещества (такие как хлорид кальция), а электризующиеся поверхности протирать раствором глицерина, то процесс устранения зарядов статического электричества ускорится в несколько раз.

Что же нужно сделать, чтобы устранить электризацию на производстве? Во-первых, производить тщательнейшее заземление всех станков и механизмов. Во-вторых, постоянно увлажнять воздух и использовать токопроводящий пластик для полов. В-третьих, можно использовать специальные «нейтрализаторы» (они могут быть электрическими, индукционными, радиоизотопными и др.).

Однако силовые электрические поля находят свое применение в разных областях. Например, в медицине они используются для создания электроаэрозолей. Такого рода аэрозоли гораздо эффективнее обычных. Их капли способны сильнее измельчатся, но не слипаться при этом. Кроме того, они гораздо глубже проникают в легочные ткани, вплоть до альвеол, и создают там запасы биологически активных и лекарственных веществ.  Также стоит помнить, что разряды, возникающие в результате соприкосновения наэлектризованного человеческого тела с заземленным поверхностями не опасны для здоровья.

 

 

zaryad.com

Электрический ток и электропроводность вещества

 

Чтобы разобраться в таком явлении как электропроводность вещества, сначала нужно понять, что такое электрический ток, так как эти два явления неразрывно связаны друг с другом. Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц, которое может происходить под воздействием электрического поля.

Главная особенность электрического тока – его широкое применение в энергетике. Это – единственный вид энергии, который можно свободно передавать на большие расстояние без какой-либо дополнительной переработки.

Рассматривая передачу энергии, нужно затронуть тему проводников, по которым передаётся ток. Заряженными частицами могут быть электроны, ионы в электролитах и газах, в полупроводниках такими частицами становятся электроны и дырки. Данная особенность напрямую зависит от структуры вещества или тела. При этом каждое тело обладает собственной электрической проводимостью.

Что такое электрическая проводимость?

Простыми словами электрическая проводимость или электропроводность – это способность или свойство вещества или тела проводить электрический ток, который создаётся под действием электрического поля.

Это физическая величина, которую можно измерить, на основе которой даётся характеристика того или иного проводника. Чем выше эта характеристика, тем лучше тело проводит ток.

Как уже было сказано, проводниками электрического тока выступают свободные заряженные частицы, а значит, электропроводность зависит от количества таких свободных частиц. Чем большей будет концентрация свободных заряженных частиц, тем лучше вещество или тело будет проводить электрический ток.

Основные группы проводников

Так как разные тела располагают разным количеством свободных частиц, электропроводимость у всех отличается. По этому показателю тела можно разделить на три основные группы.

К первой группе относятся проводники, у них самая высокая проводимость. Такие тела лучше всего способны проводить электрический ток. Однако проводники также могут быть двух видов, отличие заключается в особенностях протекания тока.

1. Первый вид проводников – металлы. У них электронная проводимость, так как ток протекает за счёт большого количества свободных электронов;

2. Второй вид проводников с высокой электропроводимостью – различные кислоты, щелочные растворы и соли. Другое их название – электролиты. В них свободными заряженными частицами являются ионы. Отсюда и название – ионная проводимость.

Стоит отметить, что существуют вещества смешанного типа, то есть, заряженными частицами в них могут быть как электроны, так и ионы. Это могут быть некоторые газы.

Высокая электропроводность металлов легко объяснима при рассмотрении их структуры. В атомах металлов валентные электроны могут легко перемещаться от одного атома к другому, так как они слабо связаны с ядром. Таким образом, образуется электрический ток.

Электрическое сопротивление и скорость протекания тока

Электропроводимость тела напрямую зависит от сопротивления вещества, а её величина будет обратнопропорциональна показателю сопротивления.

Электрическое сопротивление – это свойство любого проводника; величина сопротивления равна отношению напряжения к силе протекающего тока. Можно сказать, что чем выше напряжение подаваемого тока, тем выше скорость протекания тока, однако сопротивление проводника снижает этот показатель.

Следует добавить, что электрического поле, порождающее упорядоченное движение частиц, а, следовательно, и электрический ток, распространяется в пространстве со скоростью света. То есть, электрический ток протекает всегда со скоростью 300 тысяч километров в секунду.

В чём же тогда особенность скорости движения? Дело в том, что скорость протекания тока равна скорости света, однако отдельные электроны могут двигаться с разной скоростью – от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в секунду. Это, разумеется, не очень большая скорость.

Почему же, существует подобная разница и как объяснить скорость распространения тока? Напряжение тока как раз определяет скорость движения отдельных электронов – несколько миллиметров или сантиметров в секунду.

Дело в том, что каждый отдельный электрон движется в одном огромном потоке электронов, которые полностью заполняют проводник. И каждый электрон постоянно взаимодействует с другими электронами. Так происходит во время прохождения электрического тока.

Поэтому отдельный электрон движется крайне медленно, однако, скорость распространения энергии в электрическом проводнике будет очень высока. Соответственно, чем больше будет количество свободных частиц, тем лучше будет их взаимодействие, а значит, выше будет скорость распространения тока и скорость передачи электрической энергии.

volt220.ru

Медь: электропроводность, свойства, особенности и применение

Во многих отраслях современной промышленности очень широко используется такой материал, как медь. Электропроводность у этого металла очень высокая. Этим и объясняется целесообразность его применения прежде всего в электротехнике. Из меди получаются проводники с отличными эксплуатационными характеристиками. Конечно же, используется этот металл не только в электротехнике, но и в других отраслях промышленности. Объясняется его востребованность в том числе и такими его качествами, как стойкость к коррозионным разрушениям в ряде агрессивных сред, тугоплавкость, пластичность и т.д.

Историческая справка

Медь является металлом, известным человеку с глубокой древности. Объясняется раннее знакомство людей с эти материалом прежде всего его широкой распространенностью в природе в виде самородков. Многие ученые считают, что именно медь была первым металлом, восстановленным человеком из кислородных соединений. Когда-то горные породы просто нагревали на костре и резко остужали, в результате чего они растрескивались. Позднее восстановление меди начали производить на кострах с добавлением угля и поддувом мехами. Совершенствование этого способа в конечном итоге привело к созданию шахтной печи. Еще позже этот металл начали получать методом окислительной плавки руд.

Медь: электропроводность материала

В спокойном состоянии все свободные электроны любого металла вращаются вокруг ядра. При подключении внешнего источника воздействия они выстраиваются в определенной последовательности и становятся носителями тока. Степень способности металла пропускать сквозь себя последний и называется электропроводностью. Единицей ее измерения в Международной СИ является сименс, определяемый как 1 См = 1 Ом-1.

Электропроводность меди очень высока. По этому показателю она превосходит все известные на сегодня неблагородные металлы. Лучше нее ток пропускает только серебро. Показатель электропроводности меди составляет 57х104 см-1 при температуре в +20 °С. Благодаря такому своему свойству этот металл на данный момент является самым распространенным проводником из всех используемых в производственных и бытовых целях.

Медь отлично выдерживает постоянные электрические нагрузки и к тому же отличается надежностью и долговечностью. Помимо всего прочего, этот металл характеризуется и высокой температурой плавления (1083,4 °С). А это, в свою очередь, позволяет меди долгое время работать в нагретом состоянии. По распространенности в качестве проводника тока конкурировать с этим металлом может только алюминий.

Влияние примесей на электропроводность меди

Конечно же, в наше время для выплавки этого красного металла используются гораздо более совершенные методики, чем в древности. Однако и сегодня получить совершенно чистый Cu практически невозможно. В меди всегда присутствуют разного рода примеси. Это могут быть, к примеру, кремний, железо или бериллий. Между тем, чем больше примесей в меди, тем меньше показатель ее электропроводности. Для изготовления проводов, к примеру, подходит только достаточно чистый металл. Согласно нормативам, для этой цели можно использовать медь с количеством примесей, не превышающем 0.1 %.

Очень часто в этом металле содержится определенный процент серы, мышьяка и сурьмы. Первое вещество значительно снижает пластичность материала. Электропроводность меди и серы сильно различается. Ток эта примесь совершенно не проводит. То есть является хорошим изолятором. Однако на электропроводность меди сера не влияет практически никак. То же самое касается и теплопроводности. С сурьмой и мышьяком наблюдается обратная картина. Эти элементы электропроводность меди способны снижать значительно.

Сплавы

Разного рода добавки могут использоваться и специально для повышения прочности такого пластичного материала, как медь. Электропроводность ее они также снижают. Но зато их применение позволяет значительно продлить срок службы разного рода изделий.

Чаще всего в качестве повышающей прочность меди добавки используется Cd (0.9 %). В результате получается кадмиевая бронза. Ее проводимость составляет 90 % от проводимости меди. Иногда вместо кадмия в качестве добавки используют также алюминий. Проводимость этого металла составляет 65 % от этого же показателя меди. Для повышения прочности проводов в виде добавки могут применяться и другие материалы и вещества — олово, фосфор, хром, бериллий. В результате получается бронза определенной марки. Соединение меди с цинком называется латунью.

Характеристики сплавов

Зависеть электропроводность металлов может не только от количества имеющихся в них примесей, но и от других показателей. К примеру с повышением температуры нагрева способность меди пропускать сквозь себя ток снижается. Оказывает влияние на электропроводность такой проволоки даже способ ее изготовления. В быту и на производстве могут использоваться как мягкие отожженные медные проводники, так и твердотянутые. У первой разновидности способность пропускать сквозь себя ток выше.

Однако больше всего влияют, конечно же, используемые добавки и их количество на электропроводность меди. Таблица ниже представляет читателю исчерпывающую информацию относительно способности пропускать ток наиболее распространенных сплавов этого металла.

Электропроводность медных сплавов

Сплав

Состояние (О — отожженная, Т-твердотянутая)

Электропроводность (%)

Чистая медь

О

101

Т

98

Оловянная бронза (0.75 %)

О

55-60

Т

50-55

Кадмиевая бронза (0.9 %)

О

95

Т

83-90

Алюминиевая бронза (2,5 % А1, 2 % Sn)

О

15-18

Т

15-18

Фосфористая бронза (7 % Sn, 0,1 % Ρ)

О

10-15

Т

10-15

Электропроводность латуни и меди сравнима. Однако у первого металла этот показатель, конечно же, немного ниже. Но при этом он и выше, чем у бронз. В качестве проводника латунь используется довольно-таки широко. Ток она пропускает хуже меди, но при этом и стоит дешевле. Чаще всего из латуни делают контакты, зажимы и различные детали для радиоаппаратуры.

Медные сплавы высокого сопротивления

Такие проводниковые материалы применяют в основном при изготовлении резисторов, реостатов, измерительных приборов и электронагревательных устройств. Чаще всего для этой цели используются медные сплавы константан и манганин. Удельное сопротивление первого (86 % Cu, 12 % Mn, 2 % Ni) составляет 0.42-0.48 мкОм/м, а второго (60 % Cu, 40 % Ni) — 0.48-0.52 мкОм/м.

Связь с коэффициентом теплопроводности

Удельная электропроводность меди – 59 500 000 См/м. Этот показатель, как уже упоминалось, верен, однако только при температуре +20 оС. Между коэффициентом теплопроводности любого металла и удельной проводимостью существует определенная связь. Устанавливает его закон Видемана — Франца. Выполняется он для металлов при высоких температурах и выражается в такой формуле: K/γ = π2 / 3 (k/e)2T, где y — удельная проводимость, k — постоянная Больцмана, e — элементарный заряд.

Разумеется, существует подобная связь и у такого металла, как медь. Теплопроводность и электропроводность у нее очень высокие. На втором месте после серебра она находится по обоим этим показателям.

Соединение медных и алюминиевых проводов

В последнее время в быту и промышленности начало использоваться электрооборудование все более высокой мощности. Во времена СССР проводка изготавливалась в основном из дешевого алюминия. Новым требованиям ее эксплуатационные характеристики, к сожалению, уже не соответствуют. Поэтому сегодня в быту и в промышленности очень часто алюминиевые провода меняются на медные. Основным преимуществом последних, помимо тугоплавкости, является то, что при окислительном процессе их токопроводящие свойства не уменьшаются.

Часто при модернизации электросетей алюминиевые и медные провода приходится соединять. Делать это напрямую нельзя. Собственно, электропроводность алюминия и меди различается не слишком сильно. Но только у самих этих металлов. Окислительные же пленки у алюминия и меди свойства имеют неодинаковые. Из-за этого значительно снижается проводимость в месте соединения. Окислительная пленка у алюминия отличается гораздо большим сопротивлением, чем у меди. Поэтому соединение этих двух разновидностей проводников должно производиться исключительно через специальные переходники. Это могут быть, к примеру, зажимы, содержащие пасту, защищающую металлы от появления окиси. Данный вариант переходников обычно используется при соединении проводов на улице. В помещениях чаще применяются ответвительные сжимы. В их конструкцию входит специальная пластина, исключающая прямой контакт между алюминием и медью. При отсутствии таких проводников в бытовых условиях вместо скручивания проводов напрямую рекомендуется использовать шайбу и гайку в качестве промежуточного «мостика».

Физические свойства

Таким образом, мы выяснили, какая электропроводность у меди. Показатель этот может меняться в зависимости от входящих в состав этого металла примесей. Однако востребованность меди в промышленности определяется и
другими ее полезными физическими свойствами, получить информацию о которых можно из представленной ниже таблицы.

Физические характеристики Cu

Параметр

Значение

Решетка

Гранецентрированная кубическая, а=3.6074 Å

Атомный радиус

1,28 Å

Удельная теплоемкость

385,48 дж/(кг·К) при +20 оС

Теплопроводность

394,279 вт/(м·К) при +20 оС

Электрическое сопротивление

1,68·10-8 Ом·м

Коэффициент линейного расширения

17,0·10-6

Твердость

350 Мн/м2

Предел прочности при растяжении

220 Мн/м2

Химические свойства

По таким характеристикам медь, электропроводность и теплопроводность которой очень высокие, занимает промежуточное положение между элементами первой триады восьмой группы и щелочными первой группы таблицы Менделеева. К основным ее химическим свойствам относят:

  • склонность к комплексообразованию;

  • способность давать окрашенные соединения и нерастворимые сульфиды.

Наиболее характерным для меди является двухвалентное состояние. Сходства с щелочными металлами она не имеет практически никакого. Химическая активность ее также невелика. В присутствии СО2 или же влаги на поверхности меди образуется зеленая карбонатная пленка. Все соли меди являются ядовитыми веществами. В одно- и двухвалентном состоянии этот металл образует очень устойчивые комплексные соединения. Наибольшее значение для промышленности имеют аммиачные.

Сфера использования

Высокая тепло- и электропроводность меди определяет ее широкое применение в самых разных отраслях промышленности. Конечно же, чаще всего этот металл используется в электротехнике. Однако это далеко не единственная сфера его применения. Помимо всего прочего, медь может использоваться:

  • в ювелирном деле;

  • в архитектуре;

  • при сборке водопроводных и отопительных систем;

  • в газопроводах.

Для изготовления разного рода ювелирных изделий используется в основном сплав меди с золотом. Это позволяет увеличить стойкость украшений к деформациям и истиранию. В архитектуре медь может использоваться при облицовке кровель и фасадов. Основным преимуществом такой отделки является долговечность. К примеру, листами именно этого металла обшита крыша широко известной архитектурной достопримечательности — католического собора в немецком городе Хильдесхайме. Медная кровля этого здания надежно защищает его внутреннее пространство вот уже почти 700 лет.

Инженерные коммуникации

Основными преимуществами медных водопроводов также являются долговечность и надежность. Кроме того, этот металл способен придавать воде особые уникальные свойства, делая ее полезной для организма. Для сборки газопроводов и систем отопления медные трубы также подходят идеально – в основном благодаря своей коррозийной стойкости и пластичности. При аварийном повышении давления такие магистрали способны выдерживать гораздо большую нагрузку, чем стальные. Единственным недостатком медных трубопроводов является их дороговизна.

4u-pro.ru

Использование электропроводности – Справочник химика 21





    При использовании электропроводных, намагничиваемых и других твердых материалов с особыми свойствами можно накладывать на процесс постоянные или переменные электромагнитные поля [254]. Таким образом, может быть организован дополнительный подвод теплоты, изменена структура слоя или же, например, создана эффективная система улавливания уноса. [c.258]








    ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ НА ПРАКТИКЕ [c.205]

    Хлор-, бром- и иодангидриды карбоновых кислот растворяются во фтористом водороде, образуя электропроводные растворы. Однако в таком растворе они быстро переходят во фторангидриды этих кислот с образованием соответствующей галогеноводородной кислоты, которая, будучи нерастворимой во фтористом водороде, выделяется из раствора в свободном виде . Поэтому использование электропроводных добавок зависит от каждого индивидуального вещества и при электрохимическом фторировании галогенангидридов низших жирных кислот может оказаться необходимым. [c.498]

    Применение фольгированных щеток с использованием электропроводного полимерного связующего с антифрикционными и дугогасящими добавками позволило за счет образования на коллекторе комплексной политурной пленки, обладающей хорошими антифрикционными и электропроводящими свойствами, значительно улучшить работу щеточно-коллекторного узла, стабилизировать электрический контакт и резко повысить износостойкость щетки при работе коллекторного узла на воздухе, при высокой к переменной влажности среды, в условиях морской атмосферы, а также в вакууме. [c.71]

    В этом разделе рассматривается аналитическое использование электропроводности — электрического свойства раствора, не зависящего от специфичности электродных процессов. [c.70]

    Избегать присоединения систем трубопроводов к конструкциям из разнородных металлов с использованием электропроводных материалов (рис. 6,50). [c.131]

    Основной целью преобразования статической характеристики объекта при использовании электропроводности или фактора pH в качестве параметра регулирования является ее линеаризация. Линейность зависимости сигнала на входе регулятора от содержания обезвреживаемого компонента в сточной воде, как уже говорилось выше, обеспечивает р = onst и, следовательно, сохранение оптимального режима работы САР во всем диапазоне колебаний исходных концентраций. [c.64]

    При использовании электропроводных добавок таких, как, например КР, фторирующими агентами могут служить двойные соли типа К2 1Рб и Кз ЧРе, причем именно их образованием можно объяснить значительную коррозию анодов в случае этих добавок. Тем не менее высказанный выше довод о различиях типов продуктов, получаемых электролитическим путем и методом фторирования высшими фторидами металлов, остается в силе. Однако пока нет никаких данных о фторирующих свойствах таких соединений, как К2 1Ре, и КзМ1Ре, хотя это и можно было бы легко исследовать. [c.517]

    Возможность использования электропроводности в качестве мерила степени карбонизации кокса была исследована Копперсом и Иенкнером [51] с обнадеживающими результатами. Для этой работы они использовали элемент проводимости, в сущности, такой же, как и у Синкинсона [46], за исключением того, что не применялся одновременно эталонный элемент. Копперс и Иенкнер также отмечали влияние размеров частиц на электропроводность, хотя они и брали для опыта частицы постоянного и переменного размеров 70 100 меш/см нри давлении 150 атм (155 кг/см ). Они прококсовали при 950° 10 малозольных углей с выходом летучих 7—40%. Результаты, выраженные величинами удельного сопротивления образцов, колебались от 0,0403 до 0,1561 ом см, причем более низкие величины соответствовали лучшим коксам. Удельное сопротивление заметно уменьшалось с температурой коксования, как это было установлено в шести опытах с наиболее хорошо коксующимися углями первой серии при температурах 400—1200°. Было сделано заключение, что содержание золы в обычных пределах не имеет большого значения. [c.81]

    Невозможность применения общих переводных коэффициентов заставила исследователей искать новые пути использования электропроводности для анализа воды. Так, например, появились работы, в которых предлагались формулы с переменными коэффициентами. Так, Дж. Вилкокс (G. С. Wil ox, 1947) для. определения концентрации солевых растворов и почвенных вытяжек по удельной электропроводности предложил производить вычисления по эмпирической формуле [c.13]

    Ряд других исследователей измеряли электропроводности индивидуальных соединений или их сочетаний и различных по процентному составу и концентрации солей природных вод [2—4]. Ими были сделаны выводы о возможности применения величины электропроводности природных вод для различных практических целей. Об использовании электропроводности для определения минерализации пластовых вод упоминают А. М. Хасаев [5] и В, И. Бахман [6]. [c.139]


chem21.info

§ 3. Электрический ток и электропроводность вещества

Электрический ток. В веществе, помещенном в электрическое поле, под действием сил поля возникает процесс движения элементарных носителей электричества — электронов или ионов. Движение этих электрически заряженных частиц материи называют электрическим током.
За единицу силы тока принят ампер (А). Это такой ток, при котором через поперечное сечение проводника каждую секунду проходит количество электричества, равное 1 Кл. Силу тока иногда измеряют тысячными долями ампера — миллиамперами (мА) или миллионными долями ампера — микроамперами (мкА), а при больших значениях— тысячами ампер — килоамперами (кА), в формулах ток обозначают буквой I (i).
В электротехнике широко применяют как постоянный, так и переменный ток. Постоянным называют ток, значение и направление которого в любой момент времени остаются неизменными (рис. 9, а).
Токи, значение и направление которых не остаются постоянными, называют изменяющимися, или переменными. Чаще всего в электротехнических устройствах используют ток, изменяющийся по синусоидальному закону, который получают от генераторов переменного тока и трансформаторов (рис. 9, б). От выпрямителей получают пульсирующий ток (рис. 9, в), неизменный по направлению, но меняющийся по величине.

Рис. 9. Зависимости тока от времени: а — постоянный ток; б — переменный синусоидальный ток; в — пульсирующий ток

Электропроводность. Свойство вещества проводить электрический ток под действием электрического поля называют электропроводностью. Электропроводность различных веществ зависит от концентрации свободных (т. е. не связанных с атомами, молекулами или кристаллической структурой) электрически заряженных частиц. Чем больше концентрация этих частиц, тем больше электропроводность данного вещества. Все вещества в зависимости от электропроводности делят на три группы: проводники, диэлектрики (изолирующие материалы) и полупроводники.
Проводники обладают очень высокой электропроводностью. Существуют два рода проводников, которые различаются физической природой протекания электрического тока. К проводникам первого рода относятся металлы. Прохождение по ним тока обусловлено движением свободных электронов, вследствие чего их называют проводниками с электронной проводимостью. Проводниками второго рода являются растворы кислот, щелочей и солей (в основном водные), называемые электролитами. Прохождение тока через электролиты связано с движением электрически заряженных частей молекул — положительных и отрицательных ионов, т. е. электролиты являются проводниками с ионной проводимостью.
Имеются также вещества со смешанной проводимостью, в которых ток переносится электронами и ионами. К ним относятся, например, газы и пары в ионизированном состоянии.
Физическая природа электропроводности металлов. Высокая электропроводность металлов хорошо объясняется на основе электронной теории. Согласно этой теории валентные электроны сравнительно слабо связаны с их ядрами. Поэтому они свободно перемещаются между атомами, переходя из сферы действия одного атома в сферу действия другого и заполняя пространство между ними наподобие газа. Эти электроны принято называть свободными.
Свободные электроны / находятся в состоянии беспорядочного движения (рис. 10, а). Однако если внести металлический проводник в электрическое поле, то свободные электроны под действием сил поля начнут перемещаться в сторону положительного полюса (рис. 10, б), создавая электрический ток. Таким образом, электрическим током в металлических проводниках называется упорядоченное (направленное) движение свободных электронов.

Рис. 10. Схема возникновения электрического тока в металлических проводниках: а — беспорядочное движение электронов; б — упорядоченное движение электронов

Металлоиды имеют на внешней оболочке большое количество электронов и они прочно удерживаются около своих ядер. Поэтому металлоиды, как правило, являются диэлектриками.
Скорость прохождения тока. Электрическое поле распространяется в пространстве с огромной скоростью — 300 000 км/с, т. е. со скоростью света. С такой же скоростью проходит и электрический ток в проводнике. Однако каждый отдельный электрон движется в среднем по проводнику со скоростью несколько миллиметров или сантиметров в секунду (эта скорость зависит от напряженности электрического поля).
Чем же объяснить такую скорость распространения электрического тока? Причина в том, что каждый электрон находится в общем электронном потоке, заполняющем проводник, и при прохождении электрического тока испытывает непрерывное воздействие со стороны соседних электронов. Поэтому, хотя сам электрон движется медленно, скорость передачи движения от одного электрона к другому (скорость распространения электрической энергии) будет огромна. Например, при включении рубильника на электростанции практически мгновенно появляется ток в каждом участке электрической цепи целого города, несмотря на незначительную скорость движения электронов.

electrono.ru

Практическое применение электропроводности

Образование Практическое применение электропроводности

Количество просмотров публикации Практическое применение электропроводности – 613

 Наименование параметра  Значение
Тема статьи:Практическое применение электропроводности
Рубрика (тематическая категория) Образование

Физико-химические методы анализа

Зная эквивалентную электропроводность раствора можно рассчитать степень (a) и константу диссоциации (K) растворенного в нем слабого электролита:

где λV – эквивалентная электропроводность при данном разведении V; λ – предельная эквивалентная электропроводность.

где с – молярная концентрация электролита в растворе, моль/дм3.

На измерении удельной электропроводности основан кондуктометрический метод анализа (кондуктометрия). В аналитической химии широкое применение имеет кондуктометрическое титрование. При этом точку эквивалентности фиксируют по резкому изменению удельной электропроводности исследуемого раствора в ходе его титрования. Этот метод удобен при исследовании окрашенных или мутных растворов, в которых трудно заметить изменение окраски индикатора.

Рассмотрим в качестве примера титрование сильной кислоты HCl сильным основанием NaOH:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

H+ + OH = H2O

При постепенном прибавлении раствора NaOH к кислоте ионы H+ и OH в растворе заменяются менее подвижными ионами Na+ и электропроводность раствора уменьшается. В точке эквивалентности она будет наименьшая. При добавлении избыточного количества щелочи из-за прекращения реакции нейтрализации ионы OH станут накапливаться в растворе, резко увеличивая его электропроводность. По результатам измерений строят график зависимости электропроводности от объёма прибавленного раствора щелочи (рис. 92).

Абсцисса точки пересечения двух прямых соответствует конечной точке титрования, ᴛ.ᴇ. точке эквивалентности.

Рис. 92. Кривая кондуктометрического титрования сильной кислоты сильным основанием, (1/Rx – электропроводность раствора)

Методы анализа, основанные на измерении электропроводности, широко применяются для технологического контроля во многих производствах, определœения влажности различных объектов, содержания солей в воде, в ряде биологических жидкостей или в почве. По электропроводности растворов можно количественно определять растворимость труднорастворимых соединœений, изоэлектрическую точку аминокислот, пептидов и белков.


Практическое применение электропроводности – понятие и виды. Классификация и особенности категории “Практическое применение электропроводности” 2014, 2015.

referatwork.ru

электропроводность, свойства, особенности и применение

Бизнес

25 сентября 2016

Во многих отраслях современной промышленности очень широко используется такой материал, как медь. Электропроводность у этого металла очень высокая. Этим и объясняется целесообразность его применения прежде всего в электротехнике. Из меди получаются проводники с отличными эксплуатационными характеристиками. Конечно же, используется этот металл не только в электротехнике, но и в других отраслях промышленности. Объясняется его востребованность в том числе и такими его качествами, как стойкость к коррозионным разрушениям в ряде агрессивных сред, тугоплавкость, пластичность и т.д.

Историческая справка

Медь является металлом, известным человеку с глубокой древности. Объясняется раннее знакомство людей с эти материалом прежде всего его широкой распространенностью в природе в виде самородков. Многие ученые считают, что именно медь была первым металлом, восстановленным человеком из кислородных соединений. Когда-то горные породы просто нагревали на костре и резко остужали, в результате чего они растрескивались. Позднее восстановление меди начали производить на кострах с добавлением угля и поддувом мехами. Совершенствование этого способа в конечном итоге привело к созданию шахтной печи. Еще позже этот металл начали получать методом окислительной плавки руд.

Медь: электропроводность материала

В спокойном состоянии все свободные электроны любого металла вращаются вокруг ядра. При подключении внешнего источника воздействия они выстраиваются в определенной последовательности и становятся носителями тока. Степень способности металла пропускать сквозь себя последний и называется электропроводностью. Единицей ее измерения в Международной СИ является сименс, определяемый как 1 См = 1 Ом-1.

Электропроводность меди очень высока. По этому показателю она превосходит все известные на сегодня неблагородные металлы. Лучше нее ток пропускает только серебро. Показатель электропроводности меди составляет 57х104 см-1 при температуре в +20 °С. Благодаря такому своему свойству этот металл на данный момент является самым распространенным проводником из всех используемых в производственных и бытовых целях.

Медь отлично выдерживает постоянные электрические нагрузки и к тому же отличается надежностью и долговечностью. Помимо всего прочего, этот металл характеризуется и высокой температурой плавления (1083,4 °С). А это, в свою очередь, позволяет меди долгое время работать в нагретом состоянии. По распространенности в качестве проводника тока конкурировать с этим металлом может только алюминий.

Видео по теме

Влияние примесей на электропроводность меди

Конечно же, в наше время для выплавки этого красного металла используются гораздо более совершенные методики, чем в древности. Однако и сегодня получить совершенно чистый Cu практически невозможно. В меди всегда присутствуют разного рода примеси. Это могут быть, к примеру, кремний, железо или бериллий. Между тем, чем больше примесей в меди, тем меньше показатель ее электропроводности. Для изготовления проводов, к примеру, подходит только достаточно чистый металл. Согласно нормативам, для этой цели можно использовать медь с количеством примесей, не превышающем 0.1 %.

Очень часто в этом металле содержится определенный процент серы, мышьяка и сурьмы. Первое вещество значительно снижает пластичность материала. Электропроводность меди и серы сильно различается. Ток эта примесь совершенно не проводит. То есть является хорошим изолятором. Однако на электропроводность меди сера не влияет практически никак. То же самое касается и теплопроводности. С сурьмой и мышьяком наблюдается обратная картина. Эти элементы электропроводность меди способны снижать значительно.

Сплавы

Разного рода добавки могут использоваться и специально для повышения прочности такого пластичного материала, как медь. Электропроводность ее они также снижают. Но зато их применение позволяет значительно продлить срок службы разного рода изделий.

Чаще всего в качестве повышающей прочность меди добавки используется Cd (0.9 %). В результате получается кадмиевая бронза. Ее проводимость составляет 90 % от проводимости меди. Иногда вместо кадмия в качестве добавки используют также алюминий. Проводимость этого металла составляет 65 % от этого же показателя меди. Для повышения прочности проводов в виде добавки могут применяться и другие материалы и вещества — олово, фосфор, хром, бериллий. В результате получается бронза определенной марки. Соединение меди с цинком называется латунью.

Характеристики сплавов

Зависеть электропроводность металлов может не только от количества имеющихся в них примесей, но и от других показателей. К примеру с повышением температуры нагрева способность меди пропускать сквозь себя ток снижается. Оказывает влияние на электропроводность такой проволоки даже способ ее изготовления. В быту и на производстве могут использоваться как мягкие отожженные медные проводники, так и твердотянутые. У первой разновидности способность пропускать сквозь себя ток выше.

Однако больше всего влияют, конечно же, используемые добавки и их количество на электропроводность меди. Таблица ниже представляет читателю исчерпывающую информацию относительно способности пропускать ток наиболее распространенных сплавов этого металла.

Электропроводность медных сплавов

Сплав

Состояние (О — отожженная, Т-твердотянутая)

Электропроводность (%)

Чистая медь

О

101

Т

98

Оловянная бронза (0.75 %)

О

55-60

Т

50-55

Кадмиевая бронза (0.9 %)

О

95

Т

83-90

Алюминиевая бронза (2,5 % А1, 2 % Sn)

О

15-18

Т

15-18

Фосфористая бронза (7 % Sn, 0,1 % Ρ)

О

10-15

Т

10-15

Электропроводность латуни и меди сравнима. Однако у первого металла этот показатель, конечно же, немного ниже. Но при этом он и выше, чем у бронз. В качестве проводника латунь используется довольно-таки широко. Ток она пропускает хуже меди, но при этом и стоит дешевле. Чаще всего из латуни делают контакты, зажимы и различные детали для радиоаппаратуры.

Медные сплавы высокого сопротивления

Такие проводниковые материалы применяют в основном при изготовлении резисторов, реостатов, измерительных приборов и электронагревательных устройств. Чаще всего для этой цели используются медные сплавы константан и манганин. Удельное сопротивление первого (86 % Cu, 12 % Mn, 2 % Ni) составляет 0.42-0.48 мкОм/м, а второго (60 % Cu, 40 % Ni) — 0.48-0.52 мкОм/м.

Связь с коэффициентом теплопроводности

Удельная электропроводность меди – 59 500 000 См/м. Этот показатель, как уже упоминалось, верен, однако только при температуре +20 оС. Между коэффициентом теплопроводности любого металла и удельной проводимостью существует определенная связь. Устанавливает его закон Видемана — Франца. Выполняется он для металлов при высоких температурах и выражается в такой формуле: K/γ = π2 / 3 (k/e)2T, где y — удельная проводимость, k — постоянная Больцмана, e — элементарный заряд.

Разумеется, существует подобная связь и у такого металла, как медь. Теплопроводность и электропроводность у нее очень высокие. На втором месте после серебра она находится по обоим этим показателям.

Соединение медных и алюминиевых проводов

В последнее время в быту и промышленности начало использоваться электрооборудование все более высокой мощности. Во времена СССР проводка изготавливалась в основном из дешевого алюминия. Новым требованиям ее эксплуатационные характеристики, к сожалению, уже не соответствуют. Поэтому сегодня в быту и в промышленности очень часто алюминиевые провода меняются на медные. Основным преимуществом последних, помимо тугоплавкости, является то, что при окислительном процессе их токопроводящие свойства не уменьшаются.

Часто при модернизации электросетей алюминиевые и медные провода приходится соединять. Делать это напрямую нельзя. Собственно, электропроводность алюминия и меди различается не слишком сильно. Но только у самих этих металлов. Окислительные же пленки у алюминия и меди свойства имеют неодинаковые. Из-за этого значительно снижается проводимость в месте соединения. Окислительная пленка у алюминия отличается гораздо большим сопротивлением, чем у меди. Поэтому соединение этих двух разновидностей проводников должно производиться исключительно через специальные переходники. Это могут быть, к примеру, зажимы, содержащие пасту, защищающую металлы от появления окиси. Данный вариант переходников обычно используется при соединении проводов на улице. В помещениях чаще применяются ответвительные сжимы. В их конструкцию входит специальная пластина, исключающая прямой контакт между алюминием и медью. При отсутствии таких проводников в бытовых условиях вместо скручивания проводов напрямую рекомендуется использовать шайбу и гайку в качестве промежуточного «мостика».

Физические свойства

Таким образом, мы выяснили, какая электропроводность у меди. Показатель этот может меняться в зависимости от входящих в состав этого металла примесей. Однако востребованность меди в промышленности определяется и другими ее полезными физическими свойствами, получить информацию о которых можно из представленной ниже таблицы.

Физические характеристики Cu

Параметр

Значение

Решетка

Гранецентрированная кубическая, а=3.6074 Å

Атомный радиус

1,28 Å

Удельная теплоемкость

385,48 дж/(кг·К) при +20 оС

Теплопроводность

394,279 вт/(м·К) при +20 оС

Электрическое сопротивление

1,68·10-8 Ом·м

Коэффициент линейного расширения

17,0·10-6

Твердость

350 Мн/м2

Предел прочности при растяжении

220 Мн/м2

Химические свойства

По таким характеристикам медь, электропроводность и теплопроводность которой очень высокие, занимает промежуточное положение между элементами первой триады восьмой группы и щелочными первой группы таблицы Менделеева. К основным ее химическим свойствам относят:

  • склонность к комплексообразованию;

  • способность давать окрашенные соединения и нерастворимые сульфиды.

Наиболее характерным для меди является двухвалентное состояние. Сходства с щелочными металлами она не имеет практически никакого. Химическая активность ее также невелика. В присутствии СО2 или же влаги на поверхности меди образуется зеленая карбонатная пленка. Все соли меди являются ядовитыми веществами. В одно- и двухвалентном состоянии этот металл образует очень устойчивые комплексные соединения. Наибольшее значение для промышленности имеют аммиачные.

Сфера использования

Высокая тепло- и электропроводность меди определяет ее широкое применение в самых разных отраслях промышленности. Конечно же, чаще всего этот металл используется в электротехнике. Однако это далеко не единственная сфера его применения. Помимо всего прочего, медь может использоваться:

  • в ювелирном деле;

  • в архитектуре;

  • при сборке водопроводных и отопительных систем;

  • в газопроводах.

Для изготовления разного рода ювелирных изделий используется в основном сплав меди с золотом. Это позволяет увеличить стойкость украшений к деформациям и истиранию. В архитектуре медь может использоваться при облицовке кровель и фасадов. Основным преимуществом такой отделки является долговечность. К примеру, листами именно этого металла обшита крыша широко известной архитектурной достопримечательности — католического собора в немецком городе Хильдесхайме. Медная кровля этого здания надежно защищает его внутреннее пространство вот уже почти 700 лет.

Инженерные коммуникации

Основными преимуществами медных водопроводов также являются долговечность и надежность. Кроме того, этот металл способен придавать воде особые уникальные свойства, делая ее полезной для организма. Для сборки газопроводов и систем отопления медные трубы также подходят идеально – в основном благодаря своей коррозийной стойкости и пластичности. При аварийном повышении давления такие магистрали способны выдерживать гораздо большую нагрузку, чем стальные. Единственным недостатком медных трубопроводов является их дороговизна.


Источник: fb.ru

Домашний уют

Чем отличается краска от эмали: свойства, особенности и применение

Сейчас на строительном рынке представлен широкий выбор отделочных материалов и ЛКМ. На полках гипермаркетов лежат эмали и краски самых разных видов. Раньше предлагались только масляные варианты и больше ничего, поэтом…

Еда и напитки

Полифлерный мед: полезные свойства, особенности и отзывы

Мед – источник огромного количества витаминов и полезных веществ. Также этот продукт, несмотря на большую питательную ценность, является заменителем сахара, и зачастую используется как источник углеводов во врем…

Бизнес

Дюраль – это высокопрочный сплав на основе алюминия с добавками меди, магния и марганца: свойства, производство и применение

Дюраль – это многокомпонентный сплав, который изготавливают из алюминия, магния, цинка и марганца. В процессе производства в смесь добавляют и другие компоненты.

Здоровье

Каштановый мед: особенности и применение.

Область применения каштанового меда не ограничивается только пищевой. Его также применяют для лечения и профилактики всевозможных болезней.Вкус этого продукта можно назвать специфическим, так как он горьковатый…

Бизнес

Доэвтектоидная сталь: структура, свойства, производство и применение

Использование углеродистых сталей широко распространено в строительстве и промышленности. Группа так называемого технического железа имеет множество преимуществ, обуславливающих повышенные эксплуатационные качества ко…

Бизнес

Композитные материалы: что это такое, свойства, производство и применение

В различных сферах промышленности используются композитные материалы. Что это такое? Это материалы на основе нескольких компонентов, что обусловливает их эксплуатационные и технологичные характеристики. В основе компо…

Бизнес

Виды чугуна, классификация, состав, свойства, маркировка и применение

Сегодня почти нет ни одной сферы жизни человека, где бы не применялся чугун. Этот материал известен человечеству уже достаточно давно и превосходно зарекомендовал себя с практической точки зрения. Чугунное литье &ndas…

Бизнес

Что такое сапфировое стекло? Свойства, сравнения и применение

Всем известно, что такое стекло, и большинству – что такое сапфиры. Красивые драгоценные камни, которые используются для изготовления ювелирных изделий. Ну а что же такое сапфировое стекло, для чего оно нужно и какое …

Дом и семья

Кулирка – что за ткань? Ее особенности и применение

В силу того что это довольно новый вид ткани, многие задаются вопросом: кулирка – что за ткань, а какого она происхождения – растительного, животного или искусственного. Кулирка – это вид 100% хлопкового полотна…

Дом и семья

Флуоресцентные краски: особенности и применение

Флуоресцентные краски на сегодняшний день используются очень широко. Чаще всего их можно заметить на вывесках магазинов, аптек, других торговых точек, салонов красоты, а также на рекламных площадках. Дело в том, что о…

monateka.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о