Удельная электропроводность меди – Удельная электрическая проводимость меди. Электрическая проводимость меди. Медь: характеристика

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

pellete.ru

Удельная проводимость как важнейшая характеристика проводников электрического тока

Движение электрического тока в проводниках неизбежно сопровождается действием определенных физических сил, которые препятствуют этому движению. С точки зрения атомно-молекулярной теории строения вещества в основе этого явления лежит то, что заряженные электроны во время своего передвижения сталкиваются с атомами, из которых состоит материал проводника.

Как показывают результаты многочисленных исследований, количество подобных столкновений электронов напрямую связано с возможностью того или иного материала пропускать через себя электрический ток с минимальными потерями. Соответственно, то противодействие, которое оказывает материал проводника проходящему через него электрическому току, получило в физике название «электрическое сопротивление проводника».

Сопротивление это находится в прямой зависимости от напряжения и обратно пропорционально силе тока. В соответствии с международной системой единиц измерения оно обозначается буквой R и измеряется в Омах.

В то же время зачастую при создании тех или иных материалов большее значение приобретает не то, насколько активно сопротивляется проводник прохождению через него электрического тока, а то, насколько он способен проводить этот самый ток. Понятием, обратным электрическому сопротивлению, является удельная проводимость.

Удельная электрическая проводимость, применяемая в физике, характеризует общую способность того или иного тела являться проводником электрического тока. В количественном плане удельная проводимость есть величина, обратная удельному сопротивлению. Она обозначается буквой γ и измеряется в величинах, равных м/ом×мм^2 или в сименсах/ метр).

В соответствии с основным законом электротехники – законом Ома — величина удельной проводимости показывает взаимозависимость между плотностью тока, который возникает в том или ином проводнике, и числовым значением электрического поля, которое появляется в той или иной среде. Однако данное положение действительно только для однородной среды, в неоднородном же слое удельная проводимость есть не что иное, как тензор.

Из металлов наибольшая удельная проводимость характерна для серебра и меди. Это связано в первую очередь с особенностями строения их кристаллических решеток, которые дают возможность сравнительно легко передвигаться заряженным частицам (электронам и ионам).

Вполне естественно, что чистые металлы обладают более высокой проводимостью, чем сплавы, поэтому в промышленности в электротехнических целях стремятся использовать максимально чистую медь с долей примесей не более 0,05%. Кстати, удельная проводимость меди равна 58,5 симменс/мм^2, что значительно выше, чем у подавляющего большинства других металлов.

Помимо металлических проводников, в промышленности и быту широкое применение нашли проводники из неметаллов, наиболее распространенным из которых является уголь. Из него, в частности, изготавливают специальные щетки для электрических машин, электроды, применяемые в прожекторах, и др.

fb.ru

Удельная электрическая проводимость меди. Электрическая проводимость меди. Медь: характеристика

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 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 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 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

Меди — 59 500 000 См/м. Этот показатель, как уже упоминалось, верен, однако только при температуре +20 о С. Между коэффициентом теплопроводности любого металла и удельной проводимостью существует определенная связь. Устанавливает его закон Видемана — Франца. Выполняется он для металлов при высоких

netrs.ru

характеристики, свойства и сферы применения

Одним из самых востребованных металлов в отраслях промышленности является медь. Наиболее широкое распространение она получила в электрике и электронике. Чаще всего ее применяют при изготовлении обмоток для электродвигателей и трансформаторов. Основная причина использования именно этого материала заключается в том, что медь обладает самым низким из существующих в настоящий момент материалов удельным электрическим сопротивлением. Пока не появится новый материал с более низкой величиной этого показателя, можно с уверенностью говорить о том, что замены у меди не будет.

Общая характеристика меди

Говоря про медь, необходимо сказать, что еще на заре электрической эры она стала использоваться в производстве электротехники. Применять ее стали во многом по причине уникальных свойств, которыми обладает этот сплав. Сам по себе он представляет материал, отличающийся высокими свойствами в плане пластичности и обладающий хорошей ковкостью.

Наряду с теплопроводностью меди, одним из самых главных ее достоинств является высокая электропроводность. Именно благодаря этому свойству медь и получила широкое распространение в энергетических установках, в которых она выступает в качестве универсального проводника. Наиболее ценным материалом является электролитическая медь, обладающая высокой степенью чистоты -99,95%. Благодаря этому материалу появляется возможность для производства кабелей.

Плюсы использования электролитической меди

Применение электролитической меди позволяет добиться следующего:

• Обеспечить высокую электропроводность;
• Добиться отличной способности к уложению;
• Обеспечить высокую степень пластичности.

Сферы применения

Кабельная продукция, изготавливаемая из электролитической меди, получила широкое распространение в различных отраслях. Чаще всего она применяется в следующих сферах:

• электроиндустрия;
• электроприборы;
• автомобилестроение;
• производство компьютерной техники.

Чему равно удельное сопротивление?

Чтобы понимать, что собой представляет медь и его характеристики, необходимо разобраться с основным параметром этого металла — удельным сопротивлением. Его следует знать и использовать при выполнении расчетов.

Под удельным сопротивлением принято понимать физическую величину, которая характеризуется как способность металла проводить электрический ток.

Знать эту величину необходимо еще и для того, чтобы правильно произвести расчет электрического сопротивления проводника. При расчетах также ориентируются на его геометрические размеры. При проведении расчетов используют следующую формулу:

R = р l / S

Это формула многим хорошо знакома. Пользуясь ею, можно легко рассчитать сопротивление медного кабеля, ориентируясь только на характеристики электрической сети. Она позволяет вычислить мощность, которая неэффективно расходуется на нагрев сердечника кабеля. Кроме этого,

Такой параметр, как удельное электрическое сопротивление измеряется в Ом*мм2/м. Этот показатель для медной проводки, проложенной в квартире, составляет 0,0175 Ом*мм2/м. Если попробовать поискать альтернативу меди — материал, который можно было бы использовать вместо нее, то единственным подходящим можно считать только серебро, у которого удельное сопротивление составляет 0,016 Ом*мм2/м. Однако необходимо обращать внимание при выборе материала не только на удельное сопротивление, но еще и на обратную проводимость. Эта величина измеряется в Сименсах (См).

Сименс = 1/ Ом.

У меди любого веса этот параметр состав равен 58 100 000 См/м. Что касается серебра, то величина обратной проводимости у нее равна 62 500 000 См/м.

В нашем мире высоких технологий, когда в каждом доме имеется большое количество электротехнических устройств и установок, значение такого материала, как медь просто неоценимо. Этот

Удельное сопротивление

Использование материалов с низкой электро- и теплопроводностью любого веса ведет к большим потерям электроэнергии. А это влияет на потерю мощности у используемого оборудования. Большинство специалистов в качестве основного материала для изготовления проводов с изоляцией называют медь. Она является главным материалом, из которого изготавливаются отдельные элементы оборудования, работающего от электрического тока.

• Платы, устанавливаемые в компьютерах, оснащаются протравленными медными дорожками.
• Медь также используется для изготовления самых разных элементов, применяемых в электронных устройствах.
• В трансформаторах и электродвигателях она представлена обмоткой, которая изготавливается из этого материала.

Можно не сомневаться, что расширение сфер применения этого материала будет происходить с дальнейшим развитием технического прогресса. Хотя, кроме меди, существуют и другие материалы, но все же конструктора при создании оборудования и различных установок используют медь. Главная причина востребованности этого материала заключается в хорошей электрической и теплопроводности этого металла, которую он обеспечивает в условиях комнатной температуры.

Температурный коэффициент сопротивления

Свойством уменьшения проводимости с повышением температуры обладают все металлы с любой теплопроводностью. При понижении температуры проводимость возрастает. Особенно интересным специалисты называют свойство уменьшения сопротивления с понижением температуры. Ведь в этом случае, когда в комнате температура снижается до определенной величины, у проводника может исчезнуть электрическое сопротивление и он перейдет в класс сверхпроводников.

Для того чтобы определить показатель сопротивления конкретного проводника определенного веса в условиях комнатной температуры, существует коэффициент критического сопротивления. Он представляет собой величину, которая показывает изменение сопротивления участка цепи при изменении температуры на один Кельвин. Для выполнения расчета электрического сопротивления медного проводника в определенном временном промежутке используют следующую формулу:

ΔR = α*R*ΔT, где α — температурный коэффициент электрического сопротивления.

Заключение

Медь — материал, который широко применяют в электронике. Его используют не только в обмотке и схемах, но и в качестве металла для изготовления кабельной продукции. Чтобы техника и оборудование работали эффективно, необходимо правильно рассчитать удельное сопротивление проводки, прокладываемой в квартире. Для этого существует определенная формула. Зная её, можно произвести расчет, который позволяет узнать оптимальную величину сечения кабеля. В этом случае можно избежать потери мощности оборудования и обеспечить эффективность его использования.

stanok.guru

С

Свойства меди зависят от ее атомной структуры. Такие свойства, как термодинамические, магнитные, упругость определяются строением кристаллической решетки и не зависят, или очень мало зависят от ее дефектов и наличия в ней чужеродных атомов. В то же время такие свойства, как электро- и теплопроводность, механические, усталостные, оптические, коррозионные и другие сильно зависят от дефектов кристаллической решетки и наличия в ней чужеродных атомов.

Атомный номер меди 29. Электронная конфигурация свободного атома меди в нормальном состоянии (0 К) IS² 2S² 2р⁶ 3S² Зр⁶ 3d¹⁰ 4S¹, основной терм — 2S 1/2.

Медь, встречающаяся в природе, состоит из стабильных изотопов ⁶³Cu (69,1%) и ⁶⁵Си (30,9%).

Медь изоморфна и кристаллизуется с образованием гранецентрированной кубической ре- шепси со структурой типа Al Период кристаллической решетки меди, равный 0,36074 нм при температуре 18С, практически не зависит от чистоты меди..

Медь является уникальным электро- и теплопроводящим металлом и уступает по этим характеристикам только серебру.

Высокая электропроводность элементов подгруппы меди (Си, Ag, Au) по сравнению с другими элементами объясняется большим числом свободных электронов, способных переносить электрический заряд. Электропроводность металлов согласно квантовой теории зависит не от общего числа электронов, свободно движущихся в единице объема, а от числа таких электронов, для которых имеются еще незаполненные энергетические уровни, образующие зону проводимости. Это число называется эффективным электронным числом (nэфф).

За эталон электросопротивления принята отожженная проволока из электролитической меди чистотой 99,9% с плотностью 8,89 г/см , длиной 1 м и массой 1 г. Электросопротивление такой проволоки при температуре 20С — 0,15328 0м, удельное электросопротивление при этой температуре, составляющее 0,017241 мк*Ом*м, принято за эталон 100% электропроводности по IACS.

Удельная электропроводность такой проволоки составляет 58 МСм/м.

Для бескислородной меди высокой чистоты, содержащей примеси, %: Fe — 0,0005; Sb — 0,0001; Pb — 0,00005; Sn — 0,00005; Ni — 0,0001; Bi — 0,0001; Ag — 0,00003; As — 0,0001; Те — 0,0001; Se — 0,0001; S — 0,0001; С — 0,0008, получены следующие характеристики:

Удельное электросопротивление при 20С, мк*Ом*м                              0,0167

Удельная электропроводность, МСм/м                          59,88

Электропроводность при 20С (IACS), %:

объемная                                                                                                               103,6

по массе                                                                                                                 102,3

Наиболее отрицательное влияние на электропроводность меди оказывают элементы с резким отличием химических свойств.

Электросопротивление меди изменяется пропорционально содержанию примесей, если они в определенных пределах образуют с медью твердые растворы. Растворимые в меди примеси в большей степени снижают ее электропроводность по сравнению с примесями, образующими с медью гетерогенные сплавы. В гетерогенных сплавах электросопротивление меди зависит не только от содержания примесей, но и от формы расположения и распределения гетерогенной фазы.

Влияние примесей на электропроводность кислородсодержащей меди отличается от влияния их на бескислородную медь. Многие элементы-примеси образуют с кислородом оксиды, которые оказывают меньшее влияние на электропроводность меди, чем соответствующие металлы.

Серебро, мышьяк, висмут, селен, сера и теллур при содержании их в меди < 0,05% каждого не образуют стабильных оксидов, поэтому влияние кислорода на их поведение невелико.

. .

libmetal.ru

Электропроводимость металлов подгруппы меди

Если к проводнику приложено внешнее электрическое поле, то на беспорядочное тепловое движение свободных элек­

тронов накладывается направленное движение под действием сил электрического поля — так называемый дрейф электронов, что и обуславливает электрический ток. Так как носителями электрического тока являются электроны, то проводимость ме­таллических проводников носит название электронной прово­димости.

В соответствии с законом Ома сила тока I в цепи прямо пропорциональна напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R:

I = .

Многочисленными опытами установлено, что сопротив­ление проводника прямо пропорционально длине проводника l, и обратно пропорционально площади его поперечного сече­ния S:

R = ; = .

Коэффициент пропорциональности в этой формуле называ­ется удельным сопротивлением. Удельное сопротивление ма­териала проводника численно равно сопротивлению проводни­ка из этого материала, имеющего длину в 1 единицу и площадь поперечного сечения в 1 квадр. единицу.

Наличие примесей в металлическом проводнике увеличи­вает его удельное сопротивление. Например, примеси в меди могут увеличить удельное сопротивление медного провода в несколько раз. Металлические сплавы имеют значительно большее сопротивление, чем чистые металлы, из которых со­стоят сплавы. Сплавы применяются в тех случаях, где требуется большее сопротивление проводника (табл.5). В системе СИ единица = Ом ∙ м. Удельной проводимостью называется величина обратная удельному сопротивлению:

Наибольшей электропроводностью обладают однова­лентные металлы, то есть металлы подгруппы меди и щелоч­ные металлы. С увеличением валентности наблюдается значи­тельное снижение электропроводности металлов, что видно из сравнения данных удельного сопротивления щелочных, щелочно — земельных металлов и подгруппы меди и цинка.

С повышением температуры сопротивление металличе­ских проводников увеличивается. Обозначая R₀ сопротивле­ние проводника при температуре 0 °С, получим для сопро­тивления при любой температуре формулу: