По агрегатному состоянию проводниковые материалы делятся на газообразные жидкие и твердые. В ремонте электрооборудования наиболее распространены последние. По сопротивлению, протекающему электрическому току их обычно делят на материалы с малым и высоким удельным сопротивлением.
1.1. Материалы с малым удельным сопротивлением
1.2. Изделия с малым удельным сопротивлением
1.3. Материалы высокого сопротивления
Для различных электронагревательных и электроизмерительных приборов, реостатов (пусковых, нагрузочных и пр.), где требуется высокое сопротивление, употребляются специальные сплавы.
В зависимости от применения к ним предъявляются специфические требования.
Например, от материалов, используемых в измерительных приборах, требуется: высокое удельное электрическое сопротивление (от этого зависят размер и масса приборов), малый температурный коэффициент удельного сопротивления (для обеспечения стабильности электрического сопротивления прибора), достаточная стабильность удельного сопротивления во времени, малая удельная термо-ЭДС в паре с медью (иначе растет ошибка измерений), хорошая обрабатываемость.
Сопротивление
К этим материалам относится, например, сплав на основе меди с марганцем — манганин, марок МНМцЗ-12 и МНМцАЖЗ-12-0,3. Их удельное сопротивление в отрезке температур от -100 до+100°С меняется крайне мало. Массовое применение в электротехнике получил также сплав медно-никелевый — константан, марки МНМц40-1,5, его удельное сопротивление практически не зависит от температуры. Для контактных пружин, реостатов и т.п. широко используют другой медно-никелевый сплав — нейзильбер.
Иные требования предъявляются к материалам для электронагревательных приборов. Они длительно работают при температурах около 1000°С в воздушной среде. Поэтому от них, кроме высокого сопротивления, требуется также повышенная жаростойкость (т.е. способность работать, не разрушаясь при высоких температурах в воздухе или других газообразных средах). В настоящее время для этих целей широко применяют хромоникелевые и хромоалюминиевые сплавы. Первые из них отличаются большей жаропрочностью, но они дорогие, вторые — намного дешевле, но более тверды и хрупки.
Источник: forca.ru
Почему различные материалы имеют разные удельные сопротивления
Величина тока, текущего через проводник, прямо пропорциональна напряжению на его концах. Значит чем больше напряжение на концах проводника — тем больше при этом ток в данном проводнике. Но при одном и том же напряжении на разных проводниках, изготовленных из различных материалов, величина тока будет различной. То есть если напряжение на разных проводниках увеличивать одинаково, то рост величины тока будет происходить в разных проводниках по-разному, и это зависит от свойств конкретного проводника.
Для любого проводника зависимость величины тока от приложенного напряжения индивидуальна, и называется эта зависимость электрическим сопротивлением проводника R. Сопротивление в общем виде можно найти по формуле R=U/I, то есть как отношение приложенного к проводнику напряжения к величине тока, который при этом напряжении в данном проводнике возникает.
Урок 153 (осн). Вычисление сопротивления проводника. Удельное сопротивление
Чем большей величины ток возникает в проводнике при данном напряжении, тем меньше его сопротивление, и чем большее напряжение необходимо приложить к проводнику для получения данного тока, тем значит больше сопротивление проводника.
Из формулы для нахождения сопротивления можно выразить ток I=U/R, это выражение называется законом Ома. Из него видно, что чем больше сопротивление проводника — тем меньше ток.
Сопротивление как-бы препятствует прохождению тока, мешает электрическом напряжению (электрическому полю в проводнике) создавать еще больший ток. Таким образом сопротивление характеризует конкретный проводник и не зависит от приложенного к проводнику напряжения. Когда напряжение подано большее, ток будет больше, но отношение U/I, то есть сопротивление R, не изменится.
Фактически сопротивление проводника зависит от длины проводника, от площади его поперечного сечения, от вещества проводника и его текущей температуры. Вещество проводника связано с его электрическим сопротивлением через величину так называемого удельного сопротивления.
Именно удельное сопротивление характеризует материал проводника, показывая, какой величины будет сопротивление проводника, изготовленного из данного вещества, если такой проводник будет иметь площадь поперечного сечения 1 кв.м и длину 1 метр. Проводники длиной 1 метр и сечением 1 кв.м, состоящие из различных веществ, будут обладать отличными друг от друга электрическими сопротивлениями.
Суть в том, что для каждого вещества (обычно имеются введу металлы, ведь проводники зачастую изготавливаются именно из металлов) характерна своя атомарная и молекулярная структура. Касательно металлов можно говорить о структуре кристаллической решетки и о количестве свободных электронов, у разных металлов оно разное. Чем удельное сопротивление вещества меньше — тем лучше изготовленный из него проводник проводит электрический ток, то есть лучше пропускает через себя электроны.
Серебро, медь и алюминий обладают небольшими удельными сопротивлениями. Железо и вольфрам — значительно большими, не говоря о сплавах, удельные сопротивления некоторых из которых превосходят чистые металлы по данному показателю в сотни раз. Концентрация свободных носителей заряда в проводниках существенно выше, чем в диэлектриках, поэтому удельные сопротивления проводников всегда выше.
Как было отмечено выше, способность всех веществ пропускать ток связана с наличием в них носителей тока (носителей заряда) — подвижных заряженных частиц (электронов, ионов) или квазичастиц (например, дырок в полупроводнике), способных перемещаться в данном веществе на большое расстояние, упрощенно можно сказать, что имеется в виду что такая частица или квазичастица должна быть способна пройти в данном веществе сколь угодно большое, по крайней мере макроскопическое, расстояние.
Так как плотность тока тем выше, чем больше концентрация свободных носителей заряда и чем выше их средняя скорость движения, то важное значение имеет и подвижность, зависящая от вида носителя тока в данной конкретной среде. Чем больше подвижность носителей заряда — тем меньше удельное сопротивление этой среды.
Более протяженный проводник имеет большее электрическое сопротивление. Ведь чем длиннее проводник, тем больше на пути электронов, образующих ток, встречается ионов кристаллической решетки. И значит чем больше таких препятствий встречается у электронов на пути — тем более они замедляются, а значит уменьшается величина тока.
Проводник обладающий большим поперечным сечением предоставляет больше свободы электронам, они словно движутся не по узкой трубе, а по широкой дороге. Электронам в более просторных условиях легче двигаться образуя ток, ведь они реже сталкиваются с узлами кристаллической решетки. Вот почему более толстый по сечению проводник обладает меньшим электрическим сопротивлением.
В результате, сопротивление проводника прямо пропорционально длине проводника, удельному сопротивлению вещества, из которого он изготовлен, и обратно пропорционально площади его поперечного сечения. Итоговая формула сопротивления включает три этих параметра.
Но в приведенной формуле отсутствует температура. А между тем известно, что сопротивление проводника сильно зависит и от его температуры. Дело в том, что справочная величина удельного сопротивления веществ измеряется обычно при температуре +20°C. Поэтому температура все же здесь учитывается. Есть справочные таблицы удельных сопротивлений для разных температур того или иного вещества.
Для металлов характерно увеличение удельного сопротивления с ростом их температуры.
Так происходит потому, что с повышением температуры ионы кристаллической решетки начинают все сильнее колебаться, и все существеннее мешают движению электронов. А вот в электролитах заряд несут ионы, поэтому с повышением температуры электролита удельное сопротивление наоборот уменьшается, потому что диссоциация на ионы ускоряется и они движутся быстрее.
В полупроводниках и диэлектриках удельное электрическое сопротивление с ростом температуры уменьшается. Это объясняется тем, что с увеличением температуры увеличивается концентрация основных носителей заряда. Величина, учитывающая изменение удельного электрического сопротивление в зависимости от температуры, называется температурным коэффициентом удельного сопротивления.
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
Алюминий. Преимуществами меди являются: малое удельное сопротивление (только серебро имеет меньшее удельное сопротивление); достаточно высокая механическая прочность;
Преимуществами меди являются: малое удельное сопротивление (только серебро имеет меньшее удельное сопротивление); достаточно высокая механическая прочность; удовлетворительная коррозийная стойкость. Кроме того, медь хорошо обрабатывается, легко прокатывается в ленты, фольгу, протягивается в проволоку; медь хорошо паяется и сваривается.
Вакуумная медь марки МВ выплавляемая в вакуумных индукционных печах является наиболее чистым проводниковым материалом (наличие примесей не более 0,01%). Большое влияние на свойства меди оказывает её отжиг. Как проводниковый материал используют твердую медь МТ и мягкую медь ММ.
Применение твердой и мягкой меди различно. Твердую медь используют там, где требуется обеспечить высокую механическую прочность, твердость и сопротивляемость
истиранию: для изготовления коллекторных пластин электрических машин, для шин распределительных устройств, для контактных проводов и т.п.
Мягкую медь в виде проволоки круглого сечения применяют главным образом в виде токопроводящих жил обмоточных проводов, кабелей (где важна гибкость и пластичность, а прочность не имеет существенного значения). Кроме того, медь используют для изготовления фольговых материалов, для печатных плат, проводниковых соединений между функциональными элементами схем.
Из специальных электровакуумных сортов меди изготавливают аноды мощных генераторных ламп, детали СВЧ-устройств: клистронов, магнетронов, некоторых типов волноводов и др.
Алюминий имеет удельное сопротивление большее, чем медь, поэтому для того же самого тока площадь поперечного сечения алюминиевого проводника должна быть на 30% больше. Но прокатанный алюминий примерно в 3,5 раза легче меди, поэтому алюминиевый проводник при одинаковом сопротивлении и длине в 2 раза легче, чем медный. Максимальные значения предела прочности алюминиевого провода при растяжении почти в 2 раза ниже, чем соответствующие значения медного. Для пайки алюминия применяются специальные способы. Преимущество алюминия, как проводникового материала, состоит в том, что он дешевле меди.
Алюминий может быть прокатан в фольгу толщиной несколько микрометров. Эта фольга широко применяется в качестве обкладок конденсаторов, контактных пластин и соединений в ИМС.
В отдельных случаях помимо чистой меди в качестве проводникового материала применяют ее сплавы: бронзы и латуни.
Наиболее высокими механическими свойствами (прочностью и твердостью) при хорошей электропроводности обладают кадмиевая и бериллиевая бронза. Последняя имеет предел прочности при растяжении до 1350 Мпа. Бронзы применяют при изготовлении токопроводящих пружинных контактов и пружин точных приборов.
Латуни имеют большое относительное удлинение. Поэтому из латуни изготовляют токопроводящие части выключателей, реле, экранов. Она легко штампуется.
Из сплавов алюминия для изготовления проводов используют альдрей (алюминий с небольшими добавками магния Mg, Si, Fe). Он имеет значительно лучшие механические свойства.
Необходимо учитывать, что контакт алюминия и меди имеет возможность гальванической коррозии. Вследствие этого алюминий в месте контакта разрушается. Поэтому контакты меди и алюминия надо тщательно защищать от влаги.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru