| Материал | Проводимость | Сопротивление | |
| (% IACS) | (Сименс/м) | (Ом*м) | |
| Железо и чугун | |||
| Железо чистое | 18.00 | 1.044*107 | 9.579*10-8 |
| В слитке Iron Ingot (непр.назв.ignot) (99.9% Fe) | 15.60 | 9.048*106 | 1.105*10-7 |
| Низкоуглеродистый белый чугун | 5.300*10-7 | ||
|
Мартенситное хромо-никелевое (стое) железо /martensitic nickel-chromium iron |
2.16 | 8.000*10-7 | |
| Высококремнистый чугун / high-silicon iron | 3.45 | 5.000*10-7 | |
| Железо-никелевые сплавы/ h igh-nickel iron | 1.0-1.2 | 1.4*10-6—1.7*10-6 | |
| Хромо-никелевое кремнистое железо / nickel-chromium-silicon iron | 1.0-1.2 | 1.5*10-6—1.7*10-6 | |
| Алюминиево-железные сплавы/ high-aluminum iron | 0.72 | 2.400*10-6 | |
| Кремнистый чугун/ medium-silicoon ductile iron | 2.0-3.0 | 5.8*10-7—8.7*10-7 | |
| Ниель-железные сплавы / high-nickel ductile (20% Ni) | 1.69 | 1.020*10-6 | |
| Углеродистые и низколегированные стали. AISI | |||
| 1008 (Отожженная) | 11.81 | 1.460*10-7 | |
| 1010 | 12.06 | ||
| 1015 (Отожженная) | 10.84 | 1.590*10-7 | |
| 1016 (Отожженная) | 10.78 | 1.600*10-7 | |
| 1018 (Отожженная) | 10.84 | 1.590*10-7 | |
| 1020 | 10.84 | 1.590*10-7 | |
| 1022 (Отожженная) | 10.84 | 1.590*10-7 | |
| 1025 (Отожженная) | 10.84 | 1.590*10-7 | |
| 1029 (Отожженная) | 10.78 | 1.600*10-7 | |
| 1030 (Отожженная) | 10.39 | 1.660*10-7 | |
| 1035 (Отожженная) | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1040 (Отожженная) | 10.78 | 1.600*10-7 | |
| 1042 (Отожженная) | 10.08 | 1.710*10-7 | |
| 1043 (Отожженная) | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1045 (Отожженная) | 10.64 | 1.620*10-7 | |
| 1046 | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1050 (Отожженная) | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1055 | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1060 | 9.58 | 1.800*10-7 | |
| 1065 | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1070 | 10.26 | 1.680*10-7 | |
| 1078 (Отожженная) | 9.58 | 1.800*10-7 | |
| 1080 | 9.58 | 1.800*10-7 | |
| 1095 | 9.58 | 1.800*10-7 | |
| 1137 | 10.14 | 1.700*10-7 | |
| 1141 | 10.14 | 1.700*10-7 | |
| 1151 | 10.14 | 1.700*10-7 | |
| 1524 | 8.29 | 2.080*10-7 | |
| 1524 (Отожженная) | 10.78 | 1.600*10-7 | |
| 1552 | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 4130 (Закаленная и отпущенная) | 7.73 | 2.230*10-7 | |
| 4140 (Закаленная и отпущенная) | 7.84 | 2.200*10-7 | |
| 4626 (Нормализованная и отпущенная) | 8.62 | 2.000*10-7 | |
| 4815 | 6.63 | 2.600*10-7 | |
| 5132 | 8.21 | 2.100*10-7 | |
| 5140 (Закаленная и отпущенная) | 7.56 | 2.280*10-7 | |
|
Холоднодеформированные нержавеющие стали отожженные AISI |
|||
| 201 | 2.50 | 6.900*10-7 | |
| 202 | 2.50 | 6.900*10-7 | |
| 301 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 302 | 2.39 | ||
| 302B | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 303 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 304 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 302Cu | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 304N | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 304 | 2.50 | 1.450*106 | 6.897*10-7 |
| 304 | 2.50 | 1.450*10 6 | 6.897*10-7 |
| 305 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 308 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 309 | 2.21 | 7.800*10-7 | |
| 310 | 2.21 | 7.800*10-7 | |
| 314 | 2.24 | 7.700*10-7 | |
| 316 | 2.33 | 7.400*10-7 | |
| 316N | 2.33 | 7.400*10-7 | |
| 316 | 2.30 | 1.334*106 | 7.496*10-7 |
| 317 | 2.33 | 7.400*10-7 | |
| 317L | 2.18 | 7.900*10-7 | |
| 321 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 329 | 2.30 | 7.500*10-7 | |
| 330 | 1.69 | 1.020*10-6 | |
| 347 | 2.36 | 7.300*10-7 | |
| 347 | 2.40 | 1.392*106 | 7.184*10-7 |
| 384 | 2.18 | 7.900*10-7 | |
| 405 | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 410 | 3.02 | 5.700*10-7 | |
| 414 | 2.46 | 7.000*10-7 | |
| 416 | 3.02 | 5.700*10-7 | |
| 420 | 3.13 | 5.500*10-7 | |
| 429 | 2.92 | 5.900*10-7 | |
| 430 | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 430F | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 431 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 434 | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 436 | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 439 | 2.74 | 6.300*10-7 | |
| 440A | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 440C | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 444 | 2.78 | 6.200*10-7 | |
| 446 | 2.57 | 6.700*10-7 | |
| PH 13-8 Mo | 1.69 | 1.020*10-6 | |
| 15-5 PH | 2.24 | 7.700*10-7 | |
| 17-4 PH | 2.16 | 8.000*10-7 | |
| 17-7 PH | 2.08 | 8.300*10-7 | |
| Холоднодеформированные и спеченные суперсплавы (супераллои, супералои) | |||
| Elgiloy | 1.73 | 9.950*10-7 | |
| Hastelloy Хастеллой «A» | 1.40 | 8.120*105 | 1.232*10-6 |
| Hastelloy Хастеллой»B» и «C» | 1.30 | 7.540*105 | 1.326*10-6 |
| Hastelloy Хастеллой»D» | 1.50 | 8.700*105 | 1.149*10-6 |
| Hastelloy Хастеллой»X» | 1.50 | 8.700*105 | 1.149*10-6 |
| Haynes 150 | 2.13 | 8.100*10-7 | |
| Haynes 188 | 1.87 | 9.220*10-7 | |
| Haynes 230 | 1.38 | 1.250*10-6 | |
| Incoloy 800 Инкаллой | 1.74 | 9.890*10-7 | |
| Incoloy 825 | 1.53 | 1.130*10-6 | |
| Incoloy 903 | 2.83 | 6.100*10-7 | |
| Incoloy 907 | 2.47 | 6.970*10-7 | |
| Incoloy 909 | 2.37 | 7.280*10-7 | |
| Inconel 600 Инконель | 1.70 | 9.860*105 | 1.014*10-6 |
| Inconel 600 | 1.67 | 1.030*10-6 | |
| Inconel 601 | 1.45 | 1.190*10-6 | |
| Inconel 617 | 1.41 | 1.220*10-6 | |
| Inconel 625 | 1.34 | 1.290*10-6 | |
| Inconel 690 | 11.65 | 1.480*10-7 | |
| Inconel 718 | 1.38 | 1.250*10-6 | |
| Inconel X750 | 1.41 | 1.220*10-6 | |
| L-605 | 1.94 | 8.900*10-7 | |
| M-252 | 1.58 | 1.090*10-6 | |
| MP35N | 1.71 | 1.010*10-6 | |
| Nimonic? 263 | 1.50 | 1.150*10-6 | |
| Nimonic 105 | 1.32 | 1.310*10-6 | |
| Nimonic 115 | 1.24 | 1.390*10-6 | |
| Nimonic 75 | 1.39 | 1.240*10-6 | |
| Nimonic 80A | 1.36 | 1.270*10-6 | |
| Nimonic 90 | 1.46 | 1.180*10-6 | |
| Nimonic PE.16 | 1.57 | 1.100*10-6 | |
| Nimonic PK.33 | 1.37 | 1.260*10-6 | |
| Rene 41 | 1.32 | 1.308*10-6 | |
| Stellite 6B Стеллит, стелит | 1.89 | 9.100*10-7 | |
| Udimet 500 | 1.43 | 1.203*10-6 | |
| Waspaloy | 1.39 | 1.240*10-6 | |
tehtab.ru
Электропроводность — сталь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Электропроводность — сталь
Cтраница 1
Электропроводность стали в 6 — 7 раз меньше электропроводности меди. [1]
Электропроводность стали, даже с малым количеством примесей, сравнительно невелика. Это удельное сопротивление стали относится к прохождению через нее постоянного тока; при переменном токе, благодаря магнитным свойствам стали, активное сопротивление ее и потери мощности в ней еще более возрастают. [2]
Электропроводность вольфрама вдвое превышает электропроводность стали. Использование вольфрама в электротехнике ограничено изготовлением спиралей для электрических ламп, контактов для некоторых электрических аппаратов. [3]
Излагаются результаты исследований термоэдс и электропроводности стали ст. 3 при акустической усталости. Показана возможность контроля структуры металлов по характеру и величине изменения термоэдс при акустической усталости. [4]
В гальваностегии медные покрытия применяются для защиты стальных изделий от цементации, для повышения электропроводности стали ( биметаллические проводники), а также в качестве промежуточного слоя на изделиях из стали, цинка и цинковых и алюминиевых сплавов перед нанесением никелевого, хромового, серебряного и других видов покрытий для лучшего сцепления или повышения защитной способности этих покрытий. Для защиты от коррозии стали и цинковых сплавов в атмосферных условиях медные покрытия небольшой толщины ( 10 — 20 мкм) непригодны, так как в порах покрытия разрушение основного металла будет ускоряться за счет образования и действия гальванических элементов. Кроме того, медь легко окисляется на воздухе, особенно при нагревании. [5]
Крутизна спадания тока по глубине будет тем больше, чем выше частота тока, а также чем выше электропроводность стали и ее магнитная проницаемость; зависимость эта квадратичная. Электропроводность стали уменьшается с температурой нагрева, а магнитная проницаемость снижается с увеличением силы тока в индукторе, по достижении температуры точки Кюри ( 768 С) сталь теряет магнитные свойства, ее относительная магнитная проницаемость принимается равной единице. [7]
Хром резко повышает твердость и прочность стали, придает ей химическую стойкость к действию кислот, газов и других реагентов, а также сообщает жароупорность и уменьшает вязкость, тепло — и электропроводность стали, но ухудшает ее свариваемость. [8]
Крутизна спадания тока по глубине будет тем больше, чем выше частота тока, а также чем выше электропроводность стали и ее магнитная проницаемость; зависимость эта квадратичная. Электропроводность стали уменьшается с температурой нагрева, а магнитная проницаемость снижается с увеличением силы тока в индукторе, по достижении температуры точки Кюри ( 768 С) сталь теряет магнитные свойства, ее относительная магнитная проницаемость принимается равной единице. [10]
Несмотря на дешевизну, сравнительную распространенность и хорошую механическую прочность, сталь в качестве проводникового материала применяют сравнительно редко. Электропроводность стали, даже с малым количеством примесей, сравнительно невелика. Это удельное сопротивление стали относится к прохождению через нее постоянного тока; при переменном токе благодаря магнитным свойствам стали активное сопротивление ее и потери мощности в ней еще более возрастают. [11]
Крутизна спадания тока по глубине будет тем больше, чем выше частота тока, а также чем выше электропроводность стали и ее магнитная проницаемость; зависимость эта квадратичная. Электропроводность стали уменьшается с температурой нагрева, а магнитная проницаемость снижается с увеличением силы тока в индукторе, по достижении температуры точки Кюри ( 768 С) сталь теряет магнитные свойства, ее относительная магнитная проницаемость принимается равной единице. [13]
Для сплавов ЭИ617 и ЭИ437 минимум электропроводности соответствует деформациям 1 и 0 3 % соответственно. На кривой же изменения электропроводности стали 1Х18Н9 после минимума при 2 % пластической деформации наблюдается более заметный возврат электропроводности стали и ее последующее повторное снижение до минимального значения при 10 % деформации ( фиг. [14]
В гальваностегии медное покрытие защищает стальные изделия от цементации, повышает электропроводность стали ( в биметаллических проводниках), служит промежуточным слоем, улучшающим сцепление и повышающим защитную способность никелевых, хромовых и др. покрытий, наносимых на изделия из стали, цинка, цинковых и алюминиевых сплавов. Перед меднением поверхность изделий очищают от жировых и окисных загрязнений. [15]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
Алюминий в электротехнике
Алюминий для электротехнической промышленности
Так сложилось много лет назад, что большинство инженеров, конструкторов и проектировщиков в электротехнической промышленности считают медь и сталь практически единственными материалами, с которыми можно работать. Это связывают, в частности, с тем, что в конце 19-го века, когда зарождалась электрическая промышленность, доступного алюминия практически еще не было.
В настоящее время ситуация совершено другая: алюминия в мире производят где-то в два раза больше чем меди и объемы производства алюминия уступают только объемам производства стали.
В последние годы цены на сталь и медь растут значительно быстрее, чем цены на алюминий. В результате некоторые потребители, которые традиционно применяли медь, переходят на алюминий. Однако сравнение физических и экономических характеристик этих металлов «кричит» о том, что замен стали и меди на алюминий должно быть намного больше. Поэтому не удивительно, что применение алюминия в электротехнической отрасли неуклонно возрастает.
Свойства материала как электрического проводника
Для инженера-электрика наиболее важными свойствами и характеристиками материалов являются:
- плотность,
- электрическая проводимость,
- прочность,
- термическое расширение и
- коррозионная стойкость.
Сравнение алюминия, стали и меди
Плотность (г/см3):
Алюминий 1350: 2,70
Сталь: 7,86
Медь (отожженная): 8,93
Объемная проводимость (% IACS):
Алюминий 1350: 61
Сталь: 8
Медь (отожженная): 100
Удельная проводимость (на единицу массы):
Алюминий 1350: 100 %
Сталь: 4 %
Медь (отожженная): 50 %
Предел прочности (МПа):
Алюминий 1350: 125
Сталь: 300
Медь (отожженная): 235
Предел текучести (МПа):
Алюминий 1350: 110
Сталь: 170
Медь (отожженная): 104
Линейное термическое расширение (10-6 м/м·°С):
Алюминий 1350: 22
Сталь: 13
Медь (отожженная): 17
Электрические свойства
Отожженная медь имеет проводимость 100 % IACS. Сокращение IACS – обозначает «Международный стандарт по отожженной меди» — сравнительная единица измерения электрической проводимости. Алюминий 1350-Н116 (АД0Е по ГОСТ 4784-97) имеет проводимость 61 % IACS, то есть эквивалентная меди проводимость будет достигаться при большем поперечном сечении алюминия. Однако поскольку алюминий намного легче меди этот увеличенный алюминиевый проводник будет весить в два раза меньше чем медный (8,93/2,70×0,61=2,02). В результате один килограмм алюминия будет обеспечивать ту же проводимость что и два килограмма меди. Поэтому, когда нет жестких ограничений по размерам проводника, для токопроводящих шин, кабелей и проводов вместо меди все чаще применяют алюминий.
Прочность
При одинаковых сечениях и медь, и сталь, конечно, прочнее алюминия. Однако прочность алюминия можно увеличить легированием и термомеханической обработкой, а также увеличить его толщину. Кроме того, поскольку технология прессования алюминия позволяет получать в отличие, например, от стали, поперечные сечения очень сложной формы. Поэтому алюминиевый элемент может быть сконструирован таким образом, чтобы конструкционно быть более эффективным, чем стальные элементы.
Сопротивление коррозии
В отличие от стали поверхность алюминия не нужно красить или покрывать, например, цинком, а потом следить, чтобы она не заржавела. Естественный слой оксида алюминия изолирует металл от дальнейшего контакта с воздухом и предотвращает дальнейшее окисление. При малейшем повреждении этого слоя он мгновенно сам восстанавливается.
Заблуждения и мифы
Алюминиевые проводники являются достаточно надежными. Все провода линий электропередач – алюминиевые. Они имеют многолетнюю репутацию надежной службы.
Однако еще в 60-70-е годы прошлого века сложилось мнение о проблемах с алюминиевой проводкой в жилых домах и квартирах, в частности, возможном перегреве их соединений. Тщательные исследования этого вопроса, например, в Канаде, показали, что алюминиевые провода не являются в этом смысле какими-то особенными: при неправильном обращении перегреваться могут любые провода. Более того, в сотнях тысяч домов и квартир по всему миру алюминиевые провода продолжают работать. Другое дело, в 60-70-е годы никто не предполагал, что дома и квартиры будут так «напичканы» электрическим приборами: сечения алюминиевых проводов можно было заложить и потолще.
Алюминиевые профили в электротехнике
Уличные и шоссейные осветительные столбы
Алюминиевые прессованные столбы имеют преимущества перед, например, стальными столбами, за счет их меньшего веса, меньшего соотношения прочность-вес, хорошего внешнего вида, долговременной коррозионной стойкости, низкой стоимости обслуживания, а также большей безопасности, особенно при применении специальных безопасных оснований. Когда на такой столб наезжает на большой скорости автомобиль, это основание разрушается и позволяет столбу двигаться вместе с автомобилем. Это снижает мощность удара по автомобилю и степень повреждений водителя и пассажиров. Это основание так «хитро» спроектировано, что оно разрушается от удара об столб, но выдерживает воздействующие на столб ветровые нагрузки.
Токопроводящие шины
Для всех типов шин применяют прессованный алюминий там, где это позволяет место для их размещения, так как они, в первую очередь, намного дешевле, а также их намного легче гнуть (рисунок 1).
Рисунок 1
Кабельные наконечники и гильзы
Кабельные наконечники и гильзы из прессованных алюминиевых труб имеют преимущества над аналогами из стали или пластика по прочности, проводимости, стоимости, коррозионной стойкости и легкости механической обработки (рисунок 2).
Рисунок 2
Каналы для прокладки кабелей
Каналы для прокладки кабелей все чаще применяют из прессованного алюминия, а не из стали или пластика, так как они обеспечивают достаточную прочность, имеют малый вес, обладают высокой коррозионной стойкостью, являются немагнитными и огнестойкими (рисунок 3).
Рисунок 3
Шкафы электрических подстанций
Алюминиевые профили предпочтительнее, например, оцинкованной стали, за счет минимального технического обслуживания, прочности, коррозионной стойкости, малого веса (особенно при монтаже в полевых условиях и на высоте). Алюминиевые профили и листы легко подрезать и сверлить прямо «по месту», а главное, их не надо красить для защиты от коррозии.
Распределительные траверсы электрических столбов
Распределительные траверсы электрических столбов (те, которые горизонтальные) из прессованного алюминия обеспечивают необходимую прочность, но при этом мало весят и не требуют никакого технического обслуживания.
Радиаторы-гребенки
Прессованные алюминиевые пластинчатые радиаторы для рассеивания тепла («гребенки») весьма эффективны за счет высокой теплопроводности, малого веса, низкой стоимости. Главное преимущество алюминия — способность прессоваться во много очень тонких ребер (рисунок 4).
Рисунок 4
Коаксильный кабель
Наружный проводник коаксильного телевизионного кабеля чаще всего выполняют не из медной трубы, а из более дешевой алюминиевой. Технология изготовления такого кабеля представлена на рисунке 5.
Рисунок 5
Источник: P. Pollak, ET 2008.
aluminium-guide.ru
Медь
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
www.elektrisola.com
Сравнение меди и стали при использовании в качестве молниеотводов, молниеприемников, заземлителей и заземляющих проводников
При прохождении тока молнии в молниеотводе происходит выделение теплоты согласно закону Джоуля-Ленца. Температура проводника увеличивается прямо пропорционально его электрическому сопротивлению.
Согласно нормативной документации молниеотводы выполняют из проволоки сечением более 50 мм2. Ближайшим стандартным калибром проволоки является проводник с круглым сечением диаметром 8 мм (50,24 мм2). В большинстве случаев именно его рекомендуют использовать специалисты.
Поскольку сопротивление меди на порядок ниже сопротивления стали, температура нагрева молниеотвода при протекании тока молнии соответственно составит: медь 122ºС и сталь около 1000ºС. Учитывая то, что температура плавления стали превышает 1300ºС, молниеотвод способен единовременно выдержать однократное воздействие молнии. Однако, при одновременных повторных ударах проводник может перегреться и расплавиться.
медь сталь
| медь | сталь | |
| температура нагрева молниеотвода ø8 мм при протекании тока молнии | 122ºС | ≈1000ºС |
| температура плавления | 1000ºС | 1300ºС |
Эти специфичные свойства стальных молниеотводов следует принимать в расчет при проектировании, выбирая конструкции крепления.
Различный состав обуславливает разную устойчивость к бактериальной коррозии. Медь устойчива к коррозии в грунте, а сталь подвержена разрушению.
Во влажном воздухе медь медленно окисляется и темнеет, образуя на поверхности слой оксида меди, который «консервирует» металл, в дальнейшем предотвращая коррозию. В аналогичных условиях сталь со временем полностью корродирует. Чтобы предотвратить окисление стали, ее покрывают слоем цинка (оцинкованная сталь).
Медь ‒ отличный проводник, проводимость меди многократно превышает проводимость стали.
медь сталь
| медь | сталь | |
| электрическая проводимость | 58,1х106 Ом/м | 7,7х106 Ом/м |
| электрическое сопротивление | 1,72х10-8 Ом*м | 13х10-8 Ом*м |
Сталь представляет собой металлический сплав, а медь ‒ чистый металл. Сталь состоит из железа и углерода, тогда как медь является химическим элементом (Cu атомный номер 29).
Просмотров: 2442| Опубликовано: Среда, 15 Февраль 2017 19:11|
voltstream.ru
Проводниковые металлы и сплавы
Проводниковые металлы и сплавы должны обладать высокой электропроводностью, достаточно высокими механическими свойствами, сопротивляемостью к атмосферной коррозии, способностью поддаваться обработке давлением в горячем и холодном состоянии.
После серебра наиболее высокой электропроводностью обладают медь и алюминий. Они и являются наиболее распространенными проводниковыми материалами. Проводимость отожженного проводникового алюминия составляет приблизительно 62% проводимости стандартной меди. Но плотность алюминия мала, поэтому проводимость 1 кг алюминия составляет 214% проводимости 1 кг меди. Следовательно, алюминий экономически более выгоден для использования в качестве проводникового материала.
Применяемые в настоящее время проводниковые материалы можно разделить на следующие группы: проводниковая медь, проводниковый алюминий, проводниковые сплавы, проводниковое железо, сверхпроводники.
Проводниковая медь. При наличии в меди даже небольшого количества примесей ее электропроводность быстро уменьшается (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 – Влияние примесей на электропроводность меди
Для изготовления электрических проводов применяют электролитическую (катодную) медь, с суммарным содержанием примесей не более 0,05%. Катоды переплавляются в слитки, при этом содержание примесей в меди повышается. Проводниковая медь марки Ml должна содержать не более 0,1% примесей, в том числе не более, %: 0,001 Bi; 0,002 Sb; 0,002 As; 0,005 Fe; 0,002 Ni; 0,005 Pb; 0,002 Sn; 0,005 S; 0,05 O; 0,003 Ag. Фосфор для раскисления меди марки М1 не применяется.
Проводниковая медь имеет в отожженном состоянии имеет предел прочности 270 МПа. Предел прочности меди может быть повышен до 480 МПа путем холодной деформации, но при этом ее удельное сопротивление увеличивается (рисунок 3.2).
Рисунок 3.2 – Зависимость механических свойств и удельного электрического сопротивления меди марки М1 от степени деформации
Проводниковый алюминий. Недостатком алюминия является его срав-нительно низкая прочность. Отожженный алюминий почти в три раза менее прочен на разрыв, чем медь. Поэтому при изготовлении проводов его упрочняют путем холодной деформации. В этом случае предел прочности составляет 250 МПа, что является недостаточным для сопротивления сильному натяжению, которое испытывают провода в линиях электропередач. Поэтому для линий электропередач применяют провода со стальной сердцевиной.
Для кабельных и токопроводящих изделий применяют алюминий марок А00, А0, Al, A2. Проводниковый алюминий обычно содержит десятые доли процента примесей, из которых основными являются железо и кремний (таблица 3.1).
Термическая обработка проводникового алюминия для снижения его сопротивления обычно не применяется, так как холодная обработка алюминия мало снижает его электропроводность. Так при обжатии до 95 – 98% электропроводность уменьшается не более чем на 1,2% электропроводности стандартной меди.
Проводниковые сплавы. В тех случаях, когда требуется повышенная прочность или специальные свойства (например, повышенное сопротивление истиранию), применяют сплавы на алюминиевой и медной основе. Композицию сплавов подбирают таким образом, чтобы легирующий металл не растворялся в основном металле, а упрочнение сплавов достигалось за счет интерметаллических фаз.
Проводниковое железо. Удельное электрическое сопротивление железа в 7 – 8 раз выше, чем у меди. Тем не менее, железо применяют в промышленности, т.к. оно является недефицитным материалом и имеет повышенную механическую прочность. При использовании железа в качестве проводникового материала оно должно быть достаточно чистым. Обычно для этих целей применяют армко-железо.
Железо используют при изготовлении биметаллических проводов, в этом случае сердцевину провода изготовляют из железа, а поверхностный слой из материала, имеющего более высокую электрическую проводимость (медь, алюминий).
uas.su
Электропроводность металлов как она есть
Никого сегодня не удивляет, что, прикоснувшись к клавише выключателя, мы видим загоревшуюся лампочку. Зачастую мы даже не задумываемся, что все подобные действия основаны на целой серии физических явлений. Одно их таких крайне любопытных явлений — электропроводность металлов, которая обеспечивает протекание электрического тока.
Для начала, наверное, следует определиться, о чем вообще идет речь. Итак, электропроводностью называют способность вещества пропускать электрический ток. Причем разные вещества обладают этой способностью в разной степени. По степени электропроводности вещества разделяются на проводники, полупроводники и диэлектрики.
Если посмотреть экспериментальные данные, полученные исследователями за время изучения электрического тока, то станет ясно, что проводимость металлов самая высокая. Это же подтверждает повседневная практика, когда для передачи электрического тока используют металлические провода. Именно металлы в первую очередь выступают проводниками электрического тока. И объяснение этому можно найти в электронной теории металлов.
Согласно последней, проводник представляет собой кристаллическую решетку, узлы которой занимают атомы. Они расположены очень плотно и связаны с соседними подобными атомами, поэтому остаются практически в узлах кристаллической решетки. Чего нельзя сказать об электронах, расположенных на внешних оболочках атомов. Эти электроны могут свободно беспорядочно двигаться, образуя так называемый “электронный газ”. Вот электронная проводимость металлов и основывается на таких электронах.
В качестве доказательства того, что природа электрического тока обусловлена электронами, можно вспомнить опыт немецкого физика Рикке, поставленный в 1901 году. Он взял два медных и один алюминиевый цилиндры с тщательно отполированными торцами, поставил один на другой и пропускал через них электрический ток. По замыслу экспериментатора, если электропроводность металлов обусловлена атомами, то происходил бы перенос вещества. Однако после пропускания электрического тока в течение года масса цилиндров не изменилась.
Из этого результата следовал вывод, что электропроводность металлов вызвана какими-то частицами, присущими всем проводникам. На эту роль как раз и подходил электрон, который к этому моменту уже был открыт. В дальнейшем провели еще несколько остроумных опытов, и все они подтвердили, что электрический ток обусловлен движением электронов.
В соответствии с современными представлениями о кристаллической решетке металлов, в ее узлах располагаются ионы, а электроны относительно свободно перемещаются между ними. Именно большое количество таких электронов и обеспечивает высокую электропроводность металлов. При наличии небольшой разности потенциалов на концах проводника эти свободные электроны начинают перемещаться, что и вызывает протекание электрического тока.
Здесь надо отметить, что проводимость сильно зависит от температуры. Так, при росте температуры проводимость металлов уменьшается, и наоборот, увеличивается при понижении температуры, вплоть до явления сверхпроводимости. В тоже время следует помнить, что хотя проводимостью обладают все металлы, ее величина для каждого из них своя. Лучшей проводимостью из наиболее широко распространенных и применяемых в электротехнике металлов обладает медь.
Итак, приведенный материал дает понятие, что собой представляет электропроводность металлов, объясняет природу электрического тока и поясняет, чем она вызвана. Дано описание кристаллической решетки металлов и влияние некоторых внешних факторов на проводимость.
fb.ru