Ответ: потому что металлы проводят. «Металлы проводят электричество, поскольку у них есть свободные электроны, которые действуют как носители заряда. Графит — это то же самое », — говорит доктор Донг Лю, преподаватель физики в Бристольском университете.
Как она отмечает, графит состоит из атомов углерода, у которых есть четыре электрона на внешней оболочке. В то время как три из них образуют прочную связь с другими атомами, один электрон остается свободным (и известен как «делокализованный») в графите.
Важно отметить, что слои графита «ароматические». Это не означает, что они приятно пахнут, это означает, что атомы в одном слое имеют чередующиеся одинарные и двойные связи. Это не только укрепляет структуру графита, но и позволяет электронам свободно перемещаться по слоям.
«Вы можете представить себе электричество, как поток автомобилей на трассе», — добавляет Лю. «Свободные электроны подобны автомобилям, перемещающимся от одного конца материала к другому, неся заряд. В других материалах может не быть свободных машин для этой поездки, что означает, что они не являются проводящими ».
Карандаш. Пускаем ток через ГРАФИТ.
Источник: dzen.ru
Графит и его применение в электротехнике
Название «графит» происходит от греческого слова «графо» — писать. Данный минерал представляет собой одну из модификаций углерода, обладающую характерной слоистой структурой. Сохранились исторические свидетельства применения графита в древности в качестве красящего средства, — это глиняная посуда, датированная 40 веком до нашей эры, раскрашенная при помощи данного минерала.
Современное название графит получил в 1789 году от немецкого геолога и педагога Абраама Готлоба Вернера, который в числе прочего занимался изучением пластов осадочных пород, а также разработал шкалы для определения минералов по внешним признакам.
В природе графит образуется на небольшой глубине, благодаря метаморфизму горных пород, содержащих в составе органические остатки. По физико-химическим свойствам графит представляет собой кристаллическое тугоплавкое вещество, слегка жирное на ощупь, черного или серого цвета, с характерным металлическим блеском.
По сравнению с алмазом графит очень мягкий, благодаря слоистой структуре атомной решетки. Атомы углерода расположены в графите послойно, причем расстояние между слоями больше чем между атомами в одном слое, и электроны, которые связывают слои между собой, образуют сплошное электронное облако – вот почему графит является проводником тока и имеет характерный металлический блеск.
ГРАФИТ. НЕОБЫЧНЫЕ СВОЙСТВА
При плотности от 2,08 до 2,23 г/см 3 , его удельное электрическое сопротивление при комнатной температуре в 765 раз выше чем у меди.
В отличие от алмаза, графит хорошо проводит как электричество, так и тепло. Мягкость графита (в смеси с каолином) применяется в карандашах. Если посмотреть на графит под микроскопом, легко заметить чешуйки, именно они остаются на бумаге формируя след, когда мы используем карандаш.
Физические и химические особенности графита открыли его широкое применение в различной электротехнике. Благодаря химической стойкости к агрессивным водным растворам, тугоплавкости и высокой электропроводности, из графита изготавливают электроды и нагревательные элементы разнообразного назначения. Например, при получении активных металлов с помощью электролиза, именно из графита делают электроды.
При получении алюминия, графит сам улетучивается из зоны реакции электролизера в составе углекислого газа, так что нет необходимости применять иные сложные меры по его утилизации.
Высокоомные токопроводящие клеи в качестве проводящего компонента содержат как раз графит. Ну и все, конечно, знают, что именно из графита делают различные контактные щетки и токосъемники электрического оборудования (коллекторные двигатели на электротранспорте и подъемных кранах, контакты токовых реостатов и т.п.), где необходим подвижный и в то же время надежный электрический контакт.
Но если мы сказали, что графит такой мягкий, как же из него тогда делают щетки коллекторных узлов, которые постоянно трутся о контактные пластины и кольца? Ведь очень часто графитовые щетки можно встретить в бытовых приборах: в миксере, электробритве, кофемолке, электродрели, болгарке и т. д. В чем же здесь секрет? Почему щетки мгновенно не изнашиваются подобно карандашу?
А суть в том, что щетки для электротехники изготавливают не из чистого графита, а из графита с добавлением связующего вещества, да еще и подвергают специальной обработке. Технология производства щеток достаточно сложна, она включает в себя процессы прессования и обжига, что делает щетки более прочными и износостойкими.
Так, на последнем этапе производства, электрографитовые щетки насыщают углеродом в печи при температуре в 2500 градусов! Металлографитовые щетки содержат порошки металлов и сажу.
Существуют твердые, средние и мягкие электрографитовые щетки. Мягкие щетки:
- ЭГ-4 и ЭГ-71; ЭГ-14 — средние, универсальные;
- ЭГ-8 и ЭГ-74 — твердые, они содержат в своем составе абразивный порошок.
Твердые щетки применяются в условиях высоких температур и затрудненной коммутации, так что входящий в состав щетки абразив придает щетке дополнительную чистящую функцию, когда щетка не только передает ток на коллектор, но и сразу чистит его от нагара.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник: electricalschool.info
Физико-химические свойства графита
В промышленности используется натуральный графит, а также искусственные разновидности этого материала. Широкий спектр его применения обусловлен уникальными физико-химическими свойствами, которые могут несколько отличаться для различных марок и видов графита.
ВАЖНЕЙШИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГРАФИТА:
- Теплопроводность;
- Электропроводность;
- Расширение под воздействием тепла;
- Прочность;
- Растворяемость;
- Смачиваемость;
- Анизотропия свойств.
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ГРАФИТА:
- Натуральные виды этого материала отличаются высокой теплопроводностью (по данному показателю многие металлы проигрывают графиту). На нее влияет температура конечной обработки конкретной марки графита, однако средний показатель составляет 3,55 вт*градус/см, а коэффициент теплопроводности – 0,041. Необходимо отметить, что тонкие графитовые нити проводят тепло лучше, чем медные аналоги.
- При давлении 0,9-1 атмосфера графит закипает, достигая температуры 4200 градуса, а плавится при 3845-3890 градусах.
- Воспламеняются кристаллические разновидности материала в кислородной струе при 700-730 градусах Цельсия.
- Сжигание графита выделяет достаточное количество тепла – до 7856 ккал.
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ МИНЕРАЛА
Графит отлично проводит электричество – по этому показателю он превосходит, например, ртуть. Нагревание минерала способствует улучшению проводимости электрического тока. Таким образом, у минерала отрицательный температурный коэффициент сопротивления. При 0 градусов он находится в диапазоне 0,39-0,602 ом.
Что касается предела удельного сопротивления – он одинаковый для всех видов материала и составляет 0,0075 Ом. Этими свойствами объясняется широкое использование графита в электрометаллургии.
ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ
Этот показатель очень зависит от структуры и типа материала: у явнокристаллического и чешуйчатого графитов он ощутимо отличается. Играет роль также температура и анизотропия минерала.
ПРОЧНОСТЬ
Еще одна характеристика, выделяющая графит среди прочих природных минералов. Она меняется в зависимости от температуры. У большинства марок (включая искусственные виды материала) при нагревании возрастает предел прочности при изгибе, сжатии и растяжении (до двух раз). Максимум достигается при 2200-2800 градусах. Если же температура поднимается выше 3000 градусов, прочностные характеристики стремительно падают.
Самой высокой прочностью отличается рекристаллизованный материал.
РАСТВОРЯЕМОСТЬ
Минерал практически не растворяется в растворителях неорганического либо органического происхождения. При комнатной температуре не происходит окисления.
СМАЧИВАЕМОСТЬ
Графит практически не смачивается расплавленным стеклом, а также большинством расплавленных металлов.
АНИЗОТРОПИЯ СВОЙСТВ
Поскольку характеристики различных марок графита отличаются, на них влияет способ прессования, для искусственных видов – ориентация коксовых зерен.
Графит достаточно пластичен, легко поддается механической обработке. Разные виды отличаются по уровню жирности, благодаря чему используется в качестве смазки. Необходимо отметить и еще одну особенность чистых видов этого материала: графит отличается наиболее высоким коэффициентом замедления и низким показателем поглощения нейтронов.
ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МИНЕРАЛА:
- Инертность – не взаимодействует со щелочами, солями, кислотами и жидкости;
- Растворяется в расплавленных металлах с высокой температурой плавления, образуя карбиды;
- Химические реакции проходят при высоких температурах.
Источник: uglerod.com