Студопедия

Главная страница Случайная лекция


Мы поможем в написании ваших работ!

Порталы:

БиологияВойнаГеографияИнформатикаИскусствоИсторияКультураЛингвистикаМатематикаМедицинаОхрана трудаПолитикаПравоПсихологияРелигияТехникаФизикаФилософияЭкономика



Мы поможем в написании ваших работ!




По удельному электрическому сопротивлению

Жидкие.

Газообразные.

По агрегатному состоянию.

Газы при низких значения напряжённости электрического поля не являются проводниками. При высоких значениях напряжённости электрического поля, начинается ударная ионизация – носители заряда электроны и ионы. При сильной ионизации и равенстве в единице объеме электронной и ионов – плазма.

Применение: газоразрядные приборы.

а) Электролиты (водные растворы кислот, щёлочей, солей) – носители заряда ионы вещества, при этом состав электролита постепенно изменяется, и на электродах выделяются продукты электролиза.

Применение: электролитические конденсаторы, покрытие металлов слоем другого металла (гальваностегия), получение копий с предметов (гальванопластика), очистка металлов (рафинирование).

б) Расплавленные металлы (имеют высокую температуру, ртуть Hg tплавHg=-39 0С и галлий Ga tплавGa=29,7 0С) – носители заряда электроны.

Применение: в литейном производстве, ртутные лампы, галлий в полупроводниковой технике (легирующий элемент для германия), низкотемпературные припои.

1.3 Твёрдые.

Металлы и сплавы – носители заряда электроны.

Применение: токопроводящие части электрических машин, аппаратов и сетей.

2.1 Высокой проводимости ρ≤0,05 мкОм∙м.

а) Серебро Ag.

Применение: контакты, электроды конденсаторов, радиочастотные кабели.

б) Медь Cu.

Применение: жилы проводов и кабелей.

в) Золото Au.

Применение: контакты, электроды, фотоэлементы.

г) Алюминий Al.

Применение: жилы проводов и кабелей, провода для ЛЭП.

д) Железо Fe.

Применение: провода ЛЭП не большой мощности.

е) Металлический натрий Na.

Применение: провода и кабели в полиэтиленовой оболочке.

2.2 Высокого сопротивления ρ≥0,3 мкОм∙м.

а) Манганин сплав Cu – Mn – Ni.

Применение: образцовые резисторы.

б) Константан сплав Cu – Ni – Mn.

Применение: реостаты и нагревательные приборы, длительно работающие при 450 0С.

в) Сплавы на основе железа (нихромы Fe – Ni – Cr, фехрали Fe – Cr – Al).

Применение: электронагревательные элементы.

2.3 Сверхпроводники ρ=0 при температурах близких к абсолютному нулю по шкале Кельвина -273,15 0С.

Алюминий Al, олово Sn, свинец Pb.

2.4 Криопроводники ρ≈0 при температурах ниже -173 0С, но не переходя в сверхпроводящее состоянии.

Алюминий Al, медь Cu, бериллий Be.

Применение: провода ЛЭП большой мощности, жилы кабелей, электрические машины, трансформаторы.


ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

Электропроводность твёрдых проводников.

Металлы и сплавы являются кристаллическими телами. Кристаллическое строение характеризуется закономерным (упорядоченным) расположением атомов в пространстве, связанных с соседними при помощи валентных электронов, которые могут перемещать. Если соединить атомы линиями, то получиться пространственная кристаллическая решётка.

+
+
+
+
+
+
+
+
+
Eвн
Электроны в металле, при отсутствии внешнего электрического поля, совершают хаотическое движение, а ионы в узлах кристаллической решётки совершают тепловые колебания. Под действием внешнего электрического поля электроны приобретают направленное движение, причём энергия, которую электрическое поле затрачивает на перемещение электронов, переходит в запас самих электронов. Когда на пути электронов оказывается ион, происходит столкновение, это и есть сопротивление проводника. Во время столкновений электроны отдают энергию ионам и начинают новый разбег и т.д. Ион, получив от электрона энергию, начинает колебаться с большей амплитудой, поэтому увеличивается температура проводника.

Удельная проводимость металлов и сплавов

 

где q – заряд электрона;

n – число электронов в единице объёма;

µ – подвижность электрона;

λ – средняя длина свободного пробега электрона между двумя соударениями с узлами решётки;

m – масса электрона;

υт – средняя скорость теплового движения свободного электрона.

Факторы, влияющие на электропроводность твёрдых проводников.

1.При наличии примесей и дефектов кристаллической решётки сопротивление проводника увеличивается.

2.При деформации металла в холодном состоянии (в процессе протяжки или волочения) искажается кристаллическая решётка, и сопротивление проводника увеличивается. Устранить это явления можно с помощью отжига, в процессе которого металл сначала нагревают до высокой температуры, а затем медленно охлаждают. В результате происходит восстановление структуры.

3.При нагревании металла, энергия передаётся ионам в узлах кристаллической решётки, получив энергию, ионы начинают колебаться с большей амплитудой, что ведёт к увеличению количества столкновений электронов и ионов, и сопротивление проводника увеличивается.

4.При воздействии магнитного поля на проводник происходит искривление траектории движения электронов, и электропроводность проводника изменяется.


ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ВЫСОКОЙ ПРОВОДИМОСТИ

 

Это металлы и сплавы, имеющие при нормальных условиях удельное электрическое сопротивление ρ≤0,05 мкОм∙м, а так же обладают достаточной прочностью и пластичностью, коррозийной стойкостью, высокой износостойкостью (не всегда) и хорошей свариваемостью и паяемостью для получения надёжных соединений.

1. Серебро (Ag). Металл белого цвета, один из наиболее дефицитных металлов (содержание в земной коре 7∙10-6 %).

Свойства:

- высока пластичность (получение фольги и проволоки диаметром 0,01 мм);

- невысокие механические характеристики (σр=150-200 МПа);

- обладает минимальным удельным сопротивлением (ρ=0,016 мкОм∙м);

- не окисляется на воздухе при комнатной температуре (интенсивное окисление при 200 0С);

- пониженная химическая стойкость (диффундирует в металл, на который нанесён);

- очень дорогой.

Применение: контакты, электроды конденсаторов, радиочастотные кабели.

2. Медь (Cu). Металл красного цвета, очень дефицитный (содержание в земной коре 4,7∙10-3 %).

Свойства:

- хорошая пластичность (легко прокатывается в листы, ленты и проволоку малого диаметра);

- достаточно высокая механическая прочность (σр=200-400 МПа);

- малое удельное сопротивление (ρ=0,017 мкОм∙м);

- достаточно устойчива к коррозии в нормальных атмосферных условиях, на поверхности образуется зелёная плёнка основного оксида CuO (интенсивное окисление при 225 0С);

- хорошая способность к пайке и сварке;

- дорогой металл.

Применение: проволока, обмоточные и монтажные провода, токоведущие жилы кабелей, экранировка кабелей связи и радиочастотных кабелей, шины, коллекторные пластины электрических машин.

3. Алюминий (Al). Металл серебристо-белого цвет, среди проводниковых наиболее распространённый в природе (содержание в земной коре 7,5 %).

Свойства:

- не большая механическая прочность (σр=90-147 МПа);

- малое удельное сопротивление (ρ=0,028 мкОм∙м);

- высокая коррозийная стойкость, на воздухе легко окисляется, покрываясь прочной оксидной плёнкой Al2O3, которая защищает от дельнейшего окисления (интенсивное окисление при 300 0С);

- невозможность пайки из-за оксидной плёнки, которая создаёт большое переходное сопротивление, применяют специальные припои и паяльники (ультразвуковые) или горячая и холодная сварка (пластическое обжатие проводов в месте их контакта);

- гальванические пары, в месте контакта с проводниками из других металлов и повышенной влажности (электрохимическая коррозия - выражается в переносе металла с одной поверхности на другую и разрушении при этом контактной поверхности).

Применение: токоведущие жилы обмоточных, монтажных, установочных поводов и кабелей, неизолированные провода для воздушных линий электропередач, шины.

4. Железо (Fe). Металл серебристо-белого цвета, распространенный в природе, ступает только алюминию.

Свойства:

- хорошая пластичность;

- высокая механическая прочность;

- более высокое удельное сопротивление (ρ=0,1 мкОм∙м);

- малая стойкость к коррозии при нормальной температуре, особенно в условиях повышенной влажности;

- обладает магнитными свойствами.

Применение: сталь (сплав Fe и С‹2,14%) как конструкционный материал, ЛЭП небольшой мощности, шины, рельсы (трамвая и метро), сердечники биметаллических проводов, сердечники и магнитопроводы электрических машин и аппаратов.


ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

С БОЛЬШИМ УДЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ

 

Это сплавы, имеющие при нормальных условиях удельное электрическое сопротивление ρ≥0,3 мкОм∙м, а так же обладатют малым температурным коэффициентом электрического сопротивления, хорошей пластичностью и высокой жаростойкостью.

1. Манганин. Сплав светло-оранжевого цвета, 85-89% меди Cu, 11-13% марганца Mn, 2-3% никеля Ni.

Свойства:

- высокое удельное электрическое сопротивление (ρ=0,4-0,52 мкОм∙м);

- сопротивление мало зависит от температуры (α=10-25 ∙ 10-6 0С-1);

- малая термоЭДС в паре с медью (0,9-1 мкВ/0С).

Применение: проволока и ленты для реостатов и электроизмерительных приборов высоких классов точности.

2. Константан. Сплав серебристо-жёлтого цвета, 56-59% меди Cu, 39-41% никеля Ni, 1-2% марганца Mn.

Свойства:

- высокое удельное электрическое сопротивление (ρ=0,45-0,52 мкОм∙м);

- сопротивление мало зависит от температуры (α=20 ∙ 10-6 0С-1);

- значительная термоЭДС в паре с медью (42,8 мкВ/0С).

Применение: проволока и ленты для реостатов и нагревательных элементов, длительно работающие при 450 0С, термопары.

Термопара – датчик для измерения температуры.

t1
t2
2
РV
1
1, 2 – термоэлектроды из разнородных проводников
Точка спая термоэлектродов помещается в область контролируемой температуры. Если температура свободных “холодных” концов термопары t1 отличается от температуры “горячего” спая t2, то в силу термоэлектрического эффекта в термоэлектродах возникает термоЭДС, пропорциональная разности температур.

 

где с – коэффициент пропорциональности, зависящий от материалов термопары;

t1 – температура холодных концов;

t2 – температура горячего спая.

Если вдоль проводника есть перепад температур, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном. Благодаря этому возникает движение электронов от горячего конца к холодному, разное в различных металлах. При наличии замкнутой цепи разное движение электронов создаёт ток, который можно рассматривать как результат возникновения термоэлектродвижущей силы в горячем спае, за счёт этой ЭДС появляется выходное напряжение.

3. Нихром. Сплав 15-25% хрома Cr, 55-78% никеля Ni, 1-2% марганца Mn.

Свойства:

- высокое удельное электрическое сопротивление (ρ=1,02-1,12 мкОм∙м);

- сопротивление очень мало зависит от температуры (α=110-130 ∙ 10-6 0С-1);

- высокая жаростойкость (до 1250 0С).

Применение: проволока и ленты для электронагревательных элементов.

4. Фехраль. Сплав 79,5-84,5% железо Fe, 12-15% хрома Cr, 3,5-5,5% алюминия Al.

Свойства:

- твёрдый и хрупкий;

- плохо поддаётся обработки;

- высокое удельное сопротивление (ρ=1,2-1,3 мкОм∙м);

- сопротивление очень мало зависит от температуры (α=110-130 ∙ 10-6 0С-1);

- высокая жаростойкость (до 13500С).

Применение: для мощных электронагревательных устройств и промышленных печей, пуско - тормозных резисторов электровозов.


ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
МАТЕРИАЛ, ПРИМЕНЯТЬ НЕЛЬЗЯ | Описанные способы получения материалов относятся к порошковой металлургии

Дата добавления: 2014-03-03; просмотров: 467; Нарушение авторских прав




Мы поможем в написании ваших работ!
lektsiopedia.org - Лекциопедия - 2013 год. | Страница сгенерирована за: 0.005 сек.