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 t_плавHg=-39 ⁰С и галлий Ga t_плавGa=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.

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;

υ_т – 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 (σ_р=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 (σ_р=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 (σ_р=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 0}С^-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 0}С^-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.

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 0}С^-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 0}С^-1);

- высокая жаростойкость (до 1350⁰С).

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

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

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

Мы поможем в написании ваших работ!