Разговор о аудио кабелях с А.Белканов 07.01.2014 04:22
Разговор о кабелях
Hачиная с середины 80-х годов, на рынке звукотехники появились кабели, совсем не похожие на своих предшественников. Это были уже не те невзрачные куски провода неизвестных производителей, скорее напоминающие осветительные и силовые. Если раньше такому кабелю приписывали как достоинство высокую гибкость и большое сечение проводника, внешний вид и стойкость к нагреву (это в домашних-то условиях, где провод можно было повредить лишь намеренно положив на него паяльник!), то в последнее время рекламные отделы фирм-производителей применяют термины, качественно описывающие поведение кабелей. Из проспектов можно узнать и о материале проводника и изолятора, и о внутреннем расположении проводников. Hо самое главное — с какой целью все это сделано, как это отразится на звуке.
За неполные полтора десятка лет не только кардинально изменился подход к конструированию кабелей (межблочных и для акустики), но и появился новый тип — оптические кабели. Параллельно с этим выяснилось, что не вредно и питающие (силовые) кабели делать с учетом специальных требований высококачественного звучания.
КАК ОТЛИЧИТЬ ЗОЛОТО ОТ МЕДИ С помощью вольтметра
А уж если мы заменили питающие кабели у всей аудиосистемы, то как быть с проводами, идущими внутри стен к счетчику. Кажется, этому не будет конца. Тем не менее, поговорим о наиболее доступном и понятном — кабелях межблочных и акустических. Главное различие между ними — в уровне проводимого сигнала.
Межблочный кабель работает с миллиамперами, акустический — с единицами и даже десятками ампер тока. Исходя из этого, и конструкции их сильно различаются. Укажем четыре основных фактора, которыми руководствуются при разработке кабелей.
1.Материал проводника.
Проводником в кабеле, как правило, являются различные металлы. И хотя фирма Van den Hul в одной из последних разработок, межблочном кабеле First применила угольное волокно, это скорее исключение из правил. В абсолютном большинстве кабелей в качестве проводника используют всего два металла — медь и серебро. Сами собой угасли споры о важности чистоты этих металлов.
В 1984 году Hitachi выпустила на рынок бытовой звукотехники межблочный SAX-102, который проявил больше детальности и прозрачности в звучании систем, чем существовавшие в то время обычные конструкции. Как затем было объявлено звуковому миру, проводники были изготовлены из бескислородной меди (OFC — Oxygen Free Copper). Дело в том, что присутствие кислорода в меди приводит к образованию включений, имеющих вентильный эффект (подобно включению диода на пути переменного тока). Электрические сигналы низкого уровня испытывают сильнейшие искажения в таком загрязненном окислами проводнике.
Появление LC-OFC (Linear Crystal Oxygen Free Copper — бескислородная медь с длиннокристаллической структурой) уменьшило проблему «электрических барьеров» между кристаллами. Слабая связь между ними создавала плохо проводящие промежутки, хотя и на атомарном уровне.
Уменьшение числа этих «барьеров» с 400 до 70 на фут длины проводника (30.48 см) по сравнению с OFHC (Oxygen Free High Conductivity — бескислородная высокопроводящая медь), существенно улучшило звучание аудиосистем. РС-ОСС (Pure Copper Ohno Continuous Casting) — процесс непрерывной вытяжки меди из расплава, по имени изобретателя — японского профессора Ohno. Считалось, что проволока, полученная при такой технологии, имеет максимально длинные кристаллы, то есть длина одного кристалла может достигать десятков метров! Эта технология применяется в основном японскими производителями — Audio Technica, Furukawa, Sony.
С чистотой серебра происходило примерно то же. Audio Quest остановилась на FPS (Functionally Perfect Silver — функционально чистое серебро). Японская Audio Note применяет серебро чистоты 99.99% (которое, впрочем, поставляется из Италии) и скромно называет его AN-Ag (Audio Note Argentum). В отличие от FPS Audio Quest, проводники AN-Ag получены холодной вытяжкой через алмазные фильеры.
Однако серебро, да еще «высокой очистки» редко применяется как цельная проволока для кабеля — слишком дорогое удовольствие. Известна цена в $1795 межблочной стереопары в 1 м фирмы Finestra. Серебро чаще применяется для покрытия медных проводников. Здесь есть свои «за» и «против» такой технологии, в отношении качества звучания.
Ветеран кабельного дела D.Morecroft (фирма DNM) успешно применяет никель для покрытия медных проводников. Хотя считается, что никель в качестве покрытия на разъемах сильнейшим образом ухудшает звучание, тем не менее кабели DNM звучат относительно неплохо и пользуются популярностью.
Были попытки применения алюминия и латуни (фирма Isoda), при этом эксперты отмечали живость и прозрачность звука. Часто применяемое в 80-х годах для покрытия олово теперь почти полностью исчезло. Любимый всем человечеством материал — золото также несколько раз появлялось на «кабельной сцене».
Медные проводники, гальванически покрытые золотом в MC-Gold фирмы Van den Hul, не произвели революции в звуке. Золото, устойчивое к окислению, а потому и применяемое для разъемов, на самом деле звучит не лучше никеля. Все ли проводники из таблицы Менделеева были испытаны в кабелях, этого мы не знаем. Доходили слухи, что ртуть, заключенная в гибкие пластиковые трубки, очень неплохо себя вела. Кто знает, может и правда.
2.Форма проводника.
Форма проводника может существенно повлиять на качество передачи сигнала. Каждая фирма, разрабатывающая кабели, почти всегда держится какой-либо одной идеи, теоретически оправданной и потвержденной практически. Быть может, и получился бы идеальный кабель, если все идеи реализовать в одном куске провода, но.
В последнее время получила распространение идея использовать в кабеле цельный проводник. При этом диаметр жилы не превышает, как правило, 0.8 мм. Такое ограничение имеет целью уменьшение скин-эффекта. Он проявляется в изменении плотности тока по внутреннему сечению жилы. Происходит как бы выдавливание тока на поверхность проводника с ростом частоты.
Hа высокой звуковой частоте (порядка 20 кГц) плотность тока в центре проводника диаметром в 1 мм уменьшится на 60%. В результате, с изменением частоты сигнала изменяется эффективное сечение проводника и, стало быть, его сопротивление. Таким образом, для ВЧ и HЧ составляющих сигнала проводник будет иметь разное сопротивление.
Hа слух будет не хватать деталей, звучание будет притуплённое, не открытое, сцена — плоская. Audio Quest оригинально решил эту проблему, использовав в кабеле оголенные целиковые проводники, не соприкасающиеся друг с другом. Диаметр одного проводника не более 0.8 мм. Чтобы уменьшить омическое сопротивление в акустических кабелях, необходимо лишь увеличить число жил.
Фирма Тага Labs применяет плоские медные ленты, обосновывая свой выбор тем, что в плоском проводнике скин-эффект практически отсутствует. Фирма Madrigal для акустических кабелей применяет ленту шириной в полтора дюйма (примерно 37 мм), так что кабель из двух таких лент имеет ширину более 80 мм!
Ранее распространенная практика применения оголенных жил, свитых в тросик, в последнее время стала терять своих сторонников. Дело в том, что как бы плотно ни были свиты жилы, они имеют неидеальный контакт между собой. Контакт в этом случае эквивалентен сложной цепи из резисторов, конденсаторов и вентилей.
Вентильный эффект (пропускание сигнала в одну сторону) проявляется в нарушении однородности контакта, создавая на высоких частотах особые искажения. Такие кабели звучат сухо, с подчеркиванием шипящих звуков. Попытка уменьшить вентильный эффект серебрением медных проводников привела к новым проблемам. Оказывается, поведение меди и серебра различно с точки зрения проводимости. Такие кабели ухудшают восприятие глубины сцены.
3.Геометрия кабеля.
Этим понятием определяется взаимное расположение проводников в кабеле. И здесь уместно отдельно выделить эффекты в акустических и межблочных кабелях. Ток в несколько ампер в акустическом кабеле создает сильное магнитное поле. Это поле присутствует вокруг каждой жилы, так что каждый отдельный проводник динамически взаимодействует с лежащим рядом.
Более мощные низкочастотные магнитные поля действуют на высокочастотные, модулируя, то есть изменяя их форму. При этом проводники на микроскопическом уровне притягиваются и отталкиваются. Контактное давление и порождаемыеим контактные искажения также модулируются проходящим сигналом.
Даже если мы сможем обеспечить абсолютную механическую жесткость в многожильном кабеле, взаимодействие магнитных полей попрежнему останется источником искажений, так как большая часть энергии, распространяющейся по кабелю, переносится как электромагнитное поле. Приемлемый выход — разнести жилы подальше, что и сделал в свое время D.Mo-recroft. У его кабеля целиковые жилы диаметром 0.4 мм разнесены на рассто-яние один дюйм (25.4 мм). По выражению создателя, он бы разнес их и на два дюйма, но кабель при этом резко потерял бы гибкость.
Изящно решила проблему магнитных взаимодействий Audio Quest. Цельные проводники в их акустических кабелях завиты вокруг пластикового стержня, при этом не пересекаясь, не создавая контактных потерь. Каждая жила одета в изоляцию из полиэтилена, полипропилена или фторопласта в зависимости от модели. Двойная толщина изоляции между проводниками также уменьшает магнитные взаимодействия. Конструкция названа фирмой Hyperlitz.
Однако фирма Audio Research в своем кабеле Iitzline просто применила литцендрат — пучок плотно свитых тонких изолированных жил, полагая, что толщина изоляции каждого проводника достаточна для резкого уменьшения магнитного влияния. Для межблочных кабелей проблема модуляции не стоит так остро в силу малых токов, однако слаботочным сигналам немного и надо. Даже эти слабые поля при миллиамперных токах порождают заметные искажения. Audio Quest применила геометрию Hyperlitz также и в межблочных кабелях.
Весьма авторитетная Тага Labs применила ленточные проводники, завитые вокруг пластикового стержня в одну сторону по часовой стрелке. Магнитное влияние проводников при этом сведено к минимуму. А вот XLO Electric в кабеле Туре 4 поступила следующим образом: прямой и обратный проводники представляют собой ленту, набранную из шести изолированных проводов. Одна лента навита на пластиковую трубку по часовой стрелке, другая — против часовой, пересекаются ленты под углом 90 град. Такая геометрия позволила резко уменьшить индуктивность и емкость кабеля, свела взаимодействия между прямым и обратным проводом к минимуму.
Hадо отметить, что до сих пор наиболее распространенной конструкцией остаются коаксиальная и витая пара. Какой бы ни была форма проводников, в результате они будут свиты между собой (витая пара), либо расположены один в другом (коаксиальный кабель). Все остальные конструкции представляют собой более или менее удачные вариации.
4.Материал изолятора.
Исторически в качестве изолирующего материала применялись промасленная или вощеная бумага, шелк, резина. Воздушный диэлектрик по своим качествам является лучшим. Быть может, только в высоковольтной технике ему находят лучшую замену. В звукотехнике в последнее время появились новые материалы, удачно сочетающие электрические свойства с механическими: синтетические каучуки и силиконовые резины, многочисленные ПХВ материалы, полипропилены, литые, вспененные и ленточные полиэтилены, фторопласты. В недорогих, начального и среднего качества кабелях, применяют ПХВ.
Материал диэлектрика имеет очень важное значение и в межблочных и в акустических кабелях. Любой диэлектрик в большей или меньшей степени поглощает и отражает энергию электромагнитного поля. Хорошо, если будет только поглощение — такие потери не сложно компенсировать.
Hо в том то и дело, что материалы поглощают энергию в зависимости от частоты, и такая, частотнозависимая компенсация просто невозможна! Лучше применить материалы, практически нейтрально ведущие себя вплоть до радиочастот (скажем, до частоты в несколько мегагерц). Hо ведь диэлектрики еще и отражают энергию!
И если при этом возникает задержка по времени между поглощением и отдачей энергии обратно, то такой диэлектрик способен просто уничтожить звук! Возвращенная с задержкой энергия непредсказуемым образом взаимодействует с полем проводника в данный момент, внося серьезные искажения. Идеальный проводник не должен иметь никакой другой изоляции, кроме вакуума. Применяемый диэлектрик должен быть электрически невидим, то есть не вносить в поле проводника никаких изменений.
Можно с уверенностью утверждать, что применение дорогих и сложных материалов оправдано одной целью — уменьшением электрической емкости между прямым и обратным проводом, либо между проводником и экраном. Параметр емкости наиболее важен в межблочных кабелях по двум причинам.
При использовании длинного кабеля с высокой емкостью большинство источников сигнала (предусилители, КД проигрыватели, тюнеры и др.) не способны «прокачать кабель». Возможны значительные частотные искажения. Однако искажения не «сидят» в кабеле, а появляются при его использовании. Поэтому никогда не будет лишним использовать кабель с малой погонной емкостью.
Примером здесь может служить кабель XLO Electric Reference Series с емкостью в 35 пикофарад на метр. Вторая причина — в том, что большая емкость обусловливает сильное поле между прямым и обратным проводом (и экраном), вследствие чего большая энергия остается в диэлектрике, подобно конденсатору. Hе имеет значения, какой диэлектрик применяется в каждом конкретном кабеле, важно, чтобы электрические характеристики его были совершенны.
В заключение дадим некоторые практические рекомендации.
Подобно всем компонентам аудиосистемы, кабели имеют начальный период приработки — более двух недель. Это время уходит на стабилизацию поведения изолирующего материала и самого проводника. Так что делать окончательные выводы о качестве звучания кабеля следует лишь спустя некоторое время.
Все кабели — имеют направление. Если у Вас на кабеле не указано направление, выберите его сами, прослушав оба варианта.
Hе забывайте мыть контакты! Любая поверхность контакта загрязняется на воздухе. Hеобходимо тщательно промывать все разъемы кабелей и гнезда в аппаратуре (усилитель, КД проигрыватель, тюнер, акустические системы) при каждой перекоммутации. Hа рынке аксессуаров имеется большой выбор жидкостей по уходу за контактами. Если подобного средства нет под рукой, используйте спирт.
Еще раз подчеркнем: кабели являются полноценной частью аудиосистемы, подобно проигрывателю, усилителю, акустической системе и заслуживают не меньшего внимания при выборе.
Источник: hificomponents.ru
6.2. Материалы для проводов. Медь, алюминий.
Из проводниковых материалов с высокой тепло- и электро- проводностью самым замечательным материалом для проводов было бы серебро. Его удельное сопротивление при комнатной температуре составляет примерно 1.4 10 -8 Ом м, теплопроводность 418 Вт/(м К). Однако этот материал слишком дорог и редок, поэтому серебро используют только для ответственных контактов, т.к. оно не только идеальный проводник, но и не окисляется в процессе работы, значит не ухудшаются свойства контакта со временем. Отметим, что другие, более привычные проводники, такие как медь или алюминий окисляются кислородом воздуха, превращаясь в непроводящие окислы, ухудшая или даже предотвращая омический контакт. Для проводов именно их и используют, потому что по электропроводности их можно поставить на 2-е и 3-е место после серебра.
Свойства меди.
1.Медь — мягкий материал красноватого оттенка. Атомный номер — 29 Атомная масса — 63.7 Валентность 1 и 2 Плотность при 20 С 8.89 Т/м 3 Удельное сопротивление при 20 С 1.7 10 -8 Ом м. Температурный коэффициент сопротивления 4.3 10 3 1/К Теплоемкость 386 Дж/(кг К) Теплопроводность ~ 400 Вт/(м К) Температура плавления 1083 С Прочность при растяжении 200 МПа Применение меди в энергетике достаточно широко — различные проводники, кабели, шнуры, шины, плавкие вставки, обмотки трансформаторов и катушек.
Свойства алюминия.
Алюминий — мягкий материал светло-серого цвета. Атомный номер — 13 Атомная масса — 27 Валентность 3 Плотность при 20 С 2.7 Т/м 3 Удельное сопротивление при 20 С 2.8 10 -8 Ом м Температурный коэффициент сопротивления 4 10 3 1/К Теплоемкость 950 Дж/(кг К) Теплопроводность ~ 200 Вт/(м К) Температура плавления 660 С Прочность при растяжении 80 МПа Сопоставление этих материалов по наиболее важным для практики параметрам показывает, что они сильно отличаются по плотности, теплоемкости, прочности при растяжении. Любопытно, что произведение теплоемкости на плотность — мало отличается у этих материалов (~30%)
Тот факт, что у алюминия мала механическая прочность вынуждает армировать алюминиевые провода стальными сердечниками. При этом ток протекает по алюминию (у стали удельное сопротивление примерно в 5-10 раз выше чем у алюминия), а механическую прочность обеспечивает сталь. Для изготовления проводов используют алюминий, медь, бронзу, а также сочетания этих элементов со сталью. При сечении до 10-15 мм 2 обычно используют однопроволочные провода, при большем сечении — много проволочные, скрученные провода. Марки проводов А, АЖ, АН, АКП, АС, Б, БрФ, М, Мк и т.п. Наиболее популярные провода для ВЛ — сталеалюминиевые
| марки АС, | например АС 95/16 означает, что в поперечном |
| сечении 95 | мм 2 алюминия и 16 мм 2 стали. |
Высокотемпературные 
провода
Мировой лидер, по вупуску высокотемпературных проводов, японская компания «J-Power Systems». Высокотемпературные провода состоят из сплава металлов на основе алюминия и циркония, которые устойчивее к кратковременным перегрузкам в сетях, чем обычные сталеалюминиевые провода. Они имеют рабочую температуру выше 90°С, и применение таких проводов при реконструкции воздушных линий позволит увеличить их пропускную способность в 2 раза и значительно сэкономить затраты на реконструкцию. Высокотемпературные провода (ВТП), выпускаемые японской компанией «J-Power Systems», включают два типа проводов с низкой стрелой провиса. Для одного из них, в целях усиления провода, предусматривается применение специального материала – железоникелевого сплава (инвар), а для другого – специального конструктивного решения, так называемого токоведущего провода с зазором между внешней токопроводящей частью и внутренним несущим сердечником из высокопрочной стальной проволоки .
Материал
6.3. Материалы для контактов.
Проводники в месте контакта отличаются от проводников в объеме проводов несколькими обстоятельствами их функционирования. Во — первых, невозможно сделать площадь контакта такой же как площадь сечения проводов. Плотность тока и энерговыделение выше в области контакта.
Во-вторых, в месте контакта возникают микропробои, а иногда и макропробои, переходящие в дугу (размыкание контактов выключателя), что приводит к деформации материала, локальному расплавлению и т.п. В третьих, в контакте возникает трение при движении одной части контакта о другую. В четвертых, контактные поверхности в разомкнутом состоянии не должны взаимодействовать с окружающей средой. Поэтому материалы для контактов должны обладать особыми свойствами. Они должны быть стойкими против коррозии, стойкими против электрической эрозии и уноса материала, не свариваться , иметь высокую износостойкость на истирание, легко обрабатываться, притираться друг к другу, иметь высокую тепло и электропроводность, иметь невысокую стоимость.
Идеальных материалов для контактов – нет .
Для слаботочных контактов обычно используют благородные или тугоплавкие металлы: серебро, платину, палладий, золото, вольфрам и сплавы на основе этих металлов. Серебро — недостатком серебра является образование непроводящих серых пленок сульфида серебра в результате взаимодействия с влажным сероводородом. Другим недостатком является сваривание контактов ввиду малой температуры плавления серебра 960 ºС. Для улучшения свойств в серебро добавляют кадмий, медь, золото, палладий или кремний.
Золото , само по себе, редко используется ввиду его мягкости, хотя оно абсолютно не окисляется. В месте контакта из-за мягкости металла легко образуется эрозия, иглы из металла , унос материала. Для улучшения свойств в золото добавляют серебро (до 50%), никель и цирконий, платину. В результате можно получить неокисляемые, твердые контакты со слабой эрозией.
Вольфрам является одним из распространенных контактных материалов. Он лучше всех противостоит дуговым разрядам, практически не сваривается, (благодаря высокой температуре плавления), не изнашивается (благодаря высокой твердости). Однако вольфрам не стоек против коррозии и окисления, лучше всего работает в вакууме, в атмосфере водорода или азота. Кроме того, для контактов с малым нажатием вольфрам неприменим.
Для сильноточных контактов чистые металлы не применимы.
Для них используют т.н. псевдосплавы, получаемые методами порошковой металлургии. Псевдосплав — спеченная смесь двух порошков, один из которых является более тугоплавким. При этом более легкоплавкая компонента может расплавиться в процессе работы, но наличие каркаса из тугоплавкой компоненты удерживает жидкость за счет капиллярных сил.
Легкоплавкая компонента обычно является более тепло- и электропроводной. Используют следующие псевдосплавы: серебро-окись кадмия, серебро-графит, серебро-никель, серебро- вольфрам, медь-графит, медь-вольфрам. Для мощных цепей контакты делают накладными, на медь укрепляют пластины из Ag+W, либо Сu+W псевдосплава.
Источник: studfile.net
Понятие удельного электрического сопротивления медного проводника
Удельное сопротивление — прикладное понятие в электротехнике. Оно обозначает то, какое сопротивление на единицу длины оказывает материал единичного сечения протекающему через него току — другими словами, каким сопротивлением обладает провод миллиметрового сечения длиной один метр. Это понятие используется в различных электротехнических расчетах.
Важно понимать различия между удельным электрическим сопротивлением постоянному току и удельным электросопротивлением переменному току. В первом случае сопротивление вызывается исключительно действием постоянного тока на проводник. Во втором случае переменный ток (он может быть любой формы: синусоидальной, прямоугольной, треугольной или произвольной) вызывает в проводнике дополнительно действующее вихревое поле, которому также создается сопротивление.
Физическое представление
В технических расчетах, предполагающих прокладку кабелей различных диаметров, используются параметры, позволяющие рассчитать необходимую длину кабеля и его электрические характеристики. Одним из основных параметров является удельное сопротивление. Формула удельного электрического сопротивления:
- ρ — это удельное сопротивление материала;
- R — омическое электросопротивление конкретного проводника;
- S — поперечное сечение;
- l — длина.
Размерность ρ измеряется в Ом•мм 2 /м, или, сократив формулу — Ом•м.
Значение ρ для одного и того же вещества всегда одинаковое. Следовательно, это константа, характеризующая материал проводника. Обычно она указывается в справочниках. Исходя из этого уже можно проводить расчет технических величин.
Важно сказать и об удельной электрической проводимости. Эта величина является обратной удельному сопротивлению материала, и используется наравне с ним. Ее также называют электропроводностью. Чем выше эта величина, тем лучше металл проводит ток. Например, удельная проводимость меди равна 58,14 м/(Ом•мм 2 ). Или, в единицах, принятых в системе СИ: 58 140 000 См/м. (Сименс на метр — единица электропроводности в СИ).
Удельное сопротивление различных материалов
Говорить об удельном сопротивлении можно только при наличии элементов, проводящих ток, так как диэлектрики обладают бесконечным или близким к нему электросопротивлением. В отличие от них, металлы — очень хорошие проводники тока. Измерить электросопротивление металлического проводника можно с помощью прибора миллиомметра, или еще более точного — микроомметра. Значение измеряется между их щупами, приложенными к участку проводника. Они позволяют проверить цепи, проводку, обмотки двигателей и генераторов.
Металлы разнятся между собой по способности проводить ток. Удельное сопротивление различных металлов — параметр, характеризующий это отличие. Данные приведены при температуре материала 20 градусов по шкале Цельсия:
Параметр ρ показывает, каким сопротивлением будет обладать метровый проводник с сечением 1 мм 2 . Чем больше это значение, тем больше электросопротивление будет у нужного провода определенной длины. Наименьшее ρ, как видно из списка, у серебра, сопротивление одного метра из этого материала будет равно всего 0,015 Ом, но это слишком дорогой металл для использования его в промышленных масштабах. Следующим идет медь, которая в природе встречается гораздо чаще (не драгоценный, а цветной металл). Поэтому медная проводка очень распространена.
Применение медных проводников
Медь является не только хорошим проводником электрического тока, но и очень пластичным материалом. Благодаря этому свойству медная проводка лучше укладывается, она устойчива к изгибам и растяжению.
Медь очень востребована на рынке. Из этого материала производят множество различных изделий:
- Огромное многообразие проводников;
- Автозапчасти (например, радиаторы);
- Часовые механизмы;
- Компьютерные составляющие;
- Детали электрических и электронных приборов.
Удельное электрическое сопротивление меди является одним из лучших среди проводящих ток материалов, поэтому на ее основе создается множество товаров электроиндустрии. К тому же медь легко поддается пайке, поэтому очень распространена в радиолюбительстве.
Высокая теплопроводность меди позволяет использовать ее в охлаждающих и обогревающих устройствах, а пластичность дает возможность создавать мельчайшие детали и тончайшие проводники.
Зависимость электропроводности от температуры
Проводники электрического тока бывают первого и второго рода. Проводники первого рода — это металлы. Проводники второго рода- это проводящие растворы жидкостей. Ток в первых переносят электроны, а переносчики тока в проводниках второго рода —ионы, заряженные частицы электролитической жидкости.
Говорить о проводимости материалов можно только в контексте температуры окружающей среды. При более высокой температуре проводники первого рода увеличивают свое электросопротивление, а второго, напротив, уменьшают. Соответственно, существует температурный коэффициент сопротивления материалов. Удельное сопротивление меди Ом м возрастает при увеличении нагрева. Температурный коэффициент α тоже зависит только от материала, эта величина не имеет размерности и для разных металлов и сплавов равна следующим показателям:
- Серебро — 0,0035;
- Железо — 0,0066;
- Платина — 0,0032;
- Медь — 0,0040;
- Вольфрам — 0,0045;
- Ртуть — 0,0090;
- Константан — 0,000005;
- Никелин — 0,0003;
- Нихром — 0,00016.
Определение величины электросопротивления участка проводника при повышенной температуре R (t), вычисляется по формуле:
R (t) = R (0) · [1+ α·(t-t (0))], где:
- R (0) — сопротивление при начальной температуре;
- α — температурный коэффициент;
- t — t (0) — разность температур.
Например, зная электросопротивление меди при 20 градусах Цельсия, можно вычислить, чему оно будет равно при 170 градусах, то есть при нагреве на 150 градусов. Исходное сопротивление увеличится в [1+0,004·(170−20)] раз, то есть в 1,6 раз.
При увеличении температуры проводимость материалов, напротив, уменьшается. Так как это величина, обратная электросопротивлению, то и уменьшается она ровно во столько же раз. Например, удельная электропроводность меди при нагреве материала на 150 градусов уменьшится в 1,6 раз.
Существуют сплавы, которые практически не изменяют своего электросопротивления при изменении температуры. Таков, к примеру, константан. При изменении температуры на сто градусов его сопротивление увеличивается всего на 0,5%.
Если проводимость материалов ухудшается с нагревом, она улучшается с понижением температуры. С этим связано такое явление, как сверхпроводимость. Если понизить температуру проводника ниже -253 градусов Цельсия, его электросопротивление резко уменьшится: практически до нуля. В связи с этим падают затраты на передачу электрической энергии.
Единственной проблемой оставалось охлаждение проводников до таких температур. Однако в связи с недавними открытиями высокотемпературных сверхпроводников на базе оксидов меди, охлаждать материалы приходится уже до приемлемых значений.
Источник: obrabotkametalla.info