Какие металлы обладают хорошей электропроводностью?

Что является металлом?

Металлом называется светлое тело, которое ковать можно. Таких тел находим только шесть: золото, серебро, медь, олово, железо и свинец.

Интересные материалы:

Сколько должен спать дневальный? Сколько должна была продлиться операция Барбаросса? Сколько должна стекать красная икра? Сколько должно быть беговых дорожек на любых международных соревнованиях? Сколько должно быть в эссе? Сколько дунган в Кыргызстане? Сколько ехать из Краснодара в Симферополь? Сколько ехать с аэропорта Борисполь до ЖД вокзала? Сколько элементов вошло в первый опубликованный вариант периодической системы Менделеева? Сколько Эло нужно для 4 лвл?

Формулы

Существует три различных формульных обозначения удельной электропроводности σ (греч. сигма), k (каппа) и γ (гамма). В дальнейшем мы будем использовать σ. Формула электропроводности, также называемой удельной электропроводностью, описывается формулой:

σ = 1 / ρ .

Здесь ρ называется удельным сопротивлением. Вы можете рассчитать электрическое сопротивление R проводника с учетом его параметров следующим образом: R = ( ρ * l ) / S .

Таким образом, сопротивление R равно удельному сопротивлению ρ , умноженному на длину проводника l, деленному на площадь поперечного сечения S. Если теперь вы хотите выразить эту формулу через удельную электропроводность σ = 1 / ρ , полезно знать, что электрическая проводимость G проводника выражается следующим образом: G = 1 / R .

Если в верхнюю формулу подставить удельную электропроводность σ и электрическую проводимость G, то получится следующее: 1 / G = ( 1 / σ ) * ( l / S ) .

Путем дальнейшего преобразования можно получить выражение: G = σ * S / l .

С помощью электропроводности можно также описать важную зависимость между плотностью электрического тока и напряженностью электрического поля с помощью выражения: J = σ * E .

Электронная библиотека

Общетехнические дисциплины / Материаловедение (электроматериаловедение) / 2.3.1. Металлы и сплавы высокой проводимости

К металлам и сплавам высокой проводимости предъявляют следую­щие требования:

· минимальное значение ρv;

· достаточно высокие механиче­ские свойства, главным образом предел прочности при растяжении (σр) и относительное удлинение при разрыве (Δl/l);

· хорошая технологичность (способность к пластическим деформациям, пайке, сварке);

· достаточно высокая стойкость к действию агрессивных сред.

Материалы высокой про­водимости применяют для изготовления обмоточных и монтажных прово­дов, различного вида токоведущих частей. Наиболее распространенными материалами высокой проводимости в электротехнике являются: медь, алюминий, серебро и сплавы на их основе, а также железо и сплавы на его основе; в электронной технике также ис­пользуют золото, платину, палладий.

Проводниковая медь

является лучшим после серебра проводниковым материалом высокой проводимости. Широкое применение меди в качестве проводникового материала обусловлено рядом ценных свойств этого мета­ла:

1. малым удельным электрическим сопротивлением (ρv

= 0,017241 мкОм·м при 20 °С, что является электротехническим стандартом, по отношению к которому выражают ρv других проводниковых материалов);

2. высокой механической прочностью;

3. удовлетворительной коррозионной стойкостью;

4. хорошей технологичностью.

Примеси других металлов (включая и серебро) резко снижают прово­димость меди. Поэтому для основных марок проводниковой меди допуска­ется содержание примесей не более 0,1 % для марки М1 и 0,05 % для марки МО.

Кроме того, содержание кислорода, существенно ухудшающего меха­нические свойства меди, допускается не более 0,08 % и 0,02 % для соответ­ствующих марок.

В электровакуумной технике применяют более чистую медь, не со­держащую кислорода и летучих примесей (Zп, Рb, Вi); бескислородную медь

марки МО. Она содержит не более 0,03 % примесей. Еще более чистой является
вакуумная медь
марки МВ с содержанием примесей не более 0,01 %.

Как проводниковый материал используют твердую медь

марки МТ и
мягкую медь
марки ММ. При холодной прокатке (волочении) у
твердой
(
твердотянутой
)
меди
повышаются твердость, упругость, предел прочности при растяжении, сопротивление ρv,. По­сле отжига при температуре в несколько сотен градусов получают
мягкую
(
отожженную
)
медь
,
которая пластична, имеет проводимость на 3…5 % вы­ше, чем у твердой меди, характеризуется большим удлинением при разры­ве. К недостаткам отожженной меди следует отнести небольшую прочность и пониженную твердость.
Применение твердой и мягкой меди различно. Твердую медь приме­няют там, где требуется обеспечить высокую механическую прочность, твердость и сопротивляемость к истиранию: для изготовления коллектор­ных узлов электрических машин, кон

тактных проводов, шин распредели­тельных устройств и т.д. Мягкую медь используют для изготовления обмоточных и монтажных проводов, токоведущих жил кабелей, где важны гибкость и пластичность, а прочность не имеет существенного значения.

Из специальных электровакуумных сортов меди изготавливают аноды мощных генераторных ламп, детали СВЧ-устройств. Медь достаточно до­рогой и дефицитный материал.

В отдельных случаях помимо чистой меди в качестве проводниковых материалов используют ее сплавы: бронзы

и
латуни
.

Бронзы

– это медь с небольшим (до 10 %) содержанием легирующих примесей: Sп, Si, Р, Ве, Сr, Мg, Са и др. Она имеет более высокие механи­ческие свойства. Бронзы применяют при изготовлении токопроводящих пружинящих контактов и пружин точных приборов.

Латуни

– это сплавы меди с цинком. Они обладают достаточно высоким относительным удлинением при повышенном пределе прочности на рас­тяжение по сравнению с чистой медью. Латунь применяют для изготовле­ния различных токоведущих частей.

Проводниковый алюминий

имеет удельное электрическое сопротивле­ние 0,026мкОм·м, т.е. оно в 1,63 раза выше ρv меди. Но алюминий при­мерно в 3,5 раза легче меди. Следовательно, если сравнить по массе два отрезка алюминиевого и медного проводников одной и той же электропроводности, то окажется, что алюминиевый провод окажется легче медного примерно в два раза.

Кроме того, преимущество алюминиевых проводов состоит в том, что они дешевые. Для электротехнических целей использу­ют алюминий марки АЕ содержащий не более 0,5 % примесей. Еще более чистый алюминий марки АВОО (содержит не более 0,03 % примесей) приме­няют для изготовления алюминиевой фольги, электродов и корпусов элек­тролитических конденсаторов. Алюминий наивысшей чистоты АВООО, ис­пользуемый в полупроводниковом производстве содержит не более 0,001% примесей. Из алюминия прокатывается тонкая фольга (до 6…7 мкм), приме­няемая в качестве обкладок конденсаторов. Алюминий на воздухе активно окисляется и покрывается тонкой, плотной оксидной пленкой А12Оз с большим электрическим сопротивлением. Эта пленка предохраняет алю­миний от дальнейшей коррозии, но создает большое переходное сопротив­ление в местах контакта.

Из сплавов алюминия

следует отметить сплавы, содержащие маг­ний (до 0,5 %), кремний (до 0,7 %) и железо (до 0,3 %).

Серебро

в нормальных условиях имеет самое малое удельное элек­трическое сопротивление (
ρv
= 0,016 мкОм·м) устойчиво к окислению. Вы­сокие механические свойства серебра позволяют промышленно изготовить из него проводники различного диаметра вплоть до 15 мкм. Как проводник серебро используется в виде гальванических покрытий в проводниковых элементах ВЧ- и СВЧ-устройств. Особенностью серебра является его спо­собность образовывать при выжигании или напылении прочные покрытия на диэлектрических материалах. Это свойство серебра широко использует­ся при производстве малогабаритных конденсаторов. Однако необходимо учитывать, что при повышенных температурах и влажности атомы серебра способны мигрировать по поверхности и в объем диэлектрика, что может вызвать нарушение работы устройств. В чистом виде и в сплавах серебро широко используется как материал для изготовления кон­тактов различного рода.

Железо

(
сталь
) – наиболее дешевый и доступный материал, обла­дающий высокой механической прочностью, в ряде случаев используется в качестве проводникового материала. Даже чистое железо имеет более вы­сокое по сравнению с медью и алюминием удельное электрическое сопро­тивление (ρv = 0,098 мкОм·м). Значение ρv стали за счет наличия примесей еще выше. В переменных электрических полях в железе, как магнитном материале, сильно проявляется поверхностный эффект. Железо имеет вы­

сокий температурный коэффициент сопротивления (ТKρv = 6·10-3 К-1). В свя­зи с этим тонкая железная проволока, помещенная для защиты от окисле­ния в баллон, заполненный водородом, применяется в барретерах

(стабилизаторах тока).

Для изготовления проводников используют и благородные металлы

. Материалы этой группы (золо­то, платина, палладий) относятся к числу материалов с наибольшей хими­ческой стойкостью к агрессивным средам.

Золото

обладает достаточно высокой электрической проводимостью (ρv = 0,024 мкОм·м) и исключительно высокой пластичностью, что позволя­ет получить фольгу толщиной 0,08 мкм. Это в 250 раз тоньше человеческо­го волоса. В электротехнике и электронной технике золото используют для изготовления электро­дов фотоэлементов, для вакуумного напыления пленочных микросхем, как контактный, коррозионно-устойчивый материал,

Платина

– светло-серый металл практически не взаимодействующий с кислородом и весьма стойкий к возникновению химически активных реа­гентов. Высокая пластичность платины позволяет получать из нее микропровод диаметром до 1 мкм и весьма тонкую фольгу. Сочетание ряда цен­ных свойств платины с ее сравнительно низким удельным электрическим сопротивлением (ρv = 0,105 мкОм·м) определяет ее широкое применение в электронной технике и приборостроении.

Платину в виде тонких нитей применяют для изготовления подвесок подвижных систем особо чувствительных приборов. Платину и особенно ее сплавы повышенной твердости используют как контактный материал. Платиносодержащие вещества применяют для вжигания контактных пло­щадок, электродов, на керамических изделиях различного назначения. Платина дает вакуумно-плотные слои в точных измерительных и электро­вакуумных приборах.

Палладий

по многим свойствам близок к платине и в ряде случаев служит ее заменителем. Его электрическое сопротивление ρv= 0,11 мкОм·м.

Единица измерения

Единицей удельной электропроводности σ в СИ является: [ σ ] = 1 См/м ( Сименс на метр ).

Эти единицы определяются по формуле G = σ * S / l . Если решить эту формулу в соответствии с σ, то получим σ = G * l / S .

Единица измерения электрической проводимости G задается как: [ G ] = 1 / σ = 1 См ( Сименс, международное обозначение: S ).

Если теперь ввести в формулу все единицы измерения, то получится:

[ σ ] = 1 См * 1 м / м2 = 1 См / м .

Вы также будете чаще использовать единицы измерения См / см , м / Ом * мм2 или См * м / мм2 . Вы можете преобразовать отдельные измеряемые переменные так: См / см = См / 10-2 м и так: м / Ом * мм2 = См * м / мм2 = См * м / 10-3 м * 10-3 м = 106 См / м .

Читайте также

ГЛАВА 5. «ЛЮДИ ГИБНУТ ЗА МЕТАЛЛ»

ГЛАВА 5. «ЛЮДИ ГИБНУТ ЗА МЕТАЛЛ» Поэма «Фауст» Иоганна Вольфганга фон Гете – произведение не только о продаже души дьяволу, но и, как ни странно, настоящий экономический трактат. В одном из действий, происходящем при дворе средневекового императора, описывается внедрение

Какой из живых организмов является самым крупным?

Какой из живых организмов является самым крупным? Признаюсь, ничто не приводит меня в больший ужас, чем вид грибов на столе, особенно в маленьком провинциальном городке. Александр Дюма Ответ: гриб.Причем даже не какой-то там особенно редкий. На пнях в вашем

Что из этого является китайским изобретением?

Что из этого является китайским изобретением? Стремитесь к знаниям, даже если они идут из Китая. Пророк Магомет а) Стекло.б) Рикша.в) Чоп суи.г) Печенье с предсказанием.Чоп суи. Существует масса фантастических историй об американском происхождении этого блюда,

Какой металл является жидким при комнатной температуре?

Какой металл является жидким при комнатной температуре? Помимо ртути, жидкими при комнатной температуре могут быть также галлий, цезий и франций. Поскольку все эти жидкости очень плотные (металлы все-таки), кирпичи, лошадиные подковы и пушечные ядра теоретически будут в

Какой из химических элементов является самым плотным?

Какой из химических элементов является самым плотным? Либо осмий, либо иридий – в зависимости от того, как мерить.Оба металла чрезвычайно близки друг к другу по плотности и несколько раз менялись местами за последние годы. Третьим по плотности элементом является платина,

Какой город мира является самым крупным?

Какой город мира является самым крупным? а) Мехико.б) Сан-Паулу.в) Мумбай.г) Гонолулу.д) Токио.Гонолулу – хотя вопрос этот слегка с подковыкой.Согласно гавайскому государственному уложению, принятому в 1907 году, город и округ Гонолулу являются единым и неделимым

Что является «забавой королей»?

Что является «забавой королей»? В разные времена фразу применяли к таким развлечениям, как гонки на колесницах, рыцарские турниры, соколиная охота, игра в шары, поло и – в совсем недалеком прошлом – скачки.И все же в течение большей части 2000 лет мировой новой истории

Что из приведенного ниже является орехом?

Что из приведенного ниже является орехом? Если вы, конечно, не против, когда от вас денька два-три несет ореховым маслом, то арахисовое масло – чертовски классный крем для бритья. Барри Голдуотер [114] а) Миндаль.б) Арахис.в) Бразильский орех.г) Грецкий

Почему собака стала проводником на тот свет?

Почему собака стала проводником на тот свет? В мифах множества народов Старого и Нового Света проводником душ на тот свет является собака. Существует не менее распространенный вариант мифа о собаке, которая, напротив, сторожит вход в загробный мир и выход с того света

Почему собака стала проводником на тот свет?

Почему собака стала проводником на тот свет? В мифах множества народов Старого и Нового Света проводником душ на тот свет является собака. Существует не менее распространенный вариант мифа о собаке, которая, напротив, сторожит вход в загробный мир и выход с того света

Какой металл является наилучшим проводником?

Какой металл является наилучшим проводником?

Самый лучший проводник тепла и электричества является также и самым отражающим из всех химических элементов. Главный недостаток серебра в том, что оно слишком дорогое. Единственная причина, почему в нашем электрооборудовании мы используем не серебряные, а медные провода, заключается в том, что медь – второй по проводимости элемент – намного дешевле.

Помимо украшений, серебро главным образом используется в фотопромышленности, батарейках с длительным сроком эксплуатации и солнечных панелях.

Серебро обладает любопытнейшей способностью стерилизовать воду. Причем требуется буквально крошечное количество – десять частей на миллиард. Сей удивительный факт был известен еще с древнейших времен: так, в V веке до н. э. Геродот писал о персидском царе Кире, который постоянно возил с собой личный запас воды, взятой из особого источника, вскипяченной и запечатанной в серебряные сосуды.

Электрическое сопротивление и проводимость

Дата публикации: 26 марта 2013 . Категория: Статьи.

При замыкании электрической цепи, на зажимах которой имеется разность потенциалов, возникает электрический ток. Свободные электроны под влиянием электрических сил поля перемещаются вдоль проводника. В своем движении электроны наталкиваются на атомы проводника и отдают им запас своей кинетической энергии. Скорость движения электронов непрерывно изменяется: при столкновении электронов с атомами, молекулами и другими электронами она уменьшается, потом под действием электрического поля увеличивается и снова уменьшается при новом столкновении. В результате этого в проводнике устанавливается равномерное движение потока электронов со скоростью нескольких долей сантиметра в секунду. Следовательно, электроны, проходя по проводнику, всегда встречают с его стороны сопротивление своему движению. При прохождении электрического тока через проводник последний нагревается.

Таблица удельной электропроводности

Для большинства веществ уже известны значения удельной электропроводности. Некоторые из них вы можете найти в следующей таблице ниже. Все значения в этой таблице действительны для комнатной температуры, т.е. 25°C.

Таблица удельной электропроводности некоторых веществ при температуре 25 °C
Удельная электропроводность сильно зависит от температуры, поэтому указанные значения применимы только при 25°C. При повышении температуры вибрация решетки в веществе становится выше. Это нарушает поток электронов, и поэтому электропроводность уменьшается с ростом температуры.

Из таблицы видно, что медь имеет вторую по величине электропроводность, поэтому медные кабели очень часто используются в электротехнике. Серебро обладает еще более высокой проводимостью, но стоит намного дороже меди.

Интересно также сравнение между морской и дистиллированной водой. Здесь электропроводность возникает благодаря растворенным в воде ионам. Морская вода имеет очень высокую долю соли, которая растворяется в воде. Эти ионы передают электрический ток. В дистиллированной воде нет растворенных ионов, поэтому в ней практически не может протекать электрический ток. Поэтому электропроводность морской воды намного выше, чем дистиллированной.

Электрическое сопротивление

Электрическим сопротивлением проводника, которое обозначается латинской буквой r, называется свойство тела или среды превращать электрическую энергию в тепловую при прохождении по нему электрического тока.

На схемах электрическое сопротивление обозначается так, как показано на рисунке 1, а.

Переменное электрическое сопротивление, служащее для изменения тока в цепи, называется реостатом. На схемах реостаты обозначаются как показано на рисунке 1, б. В общем виде реостат изготовляется из проволоки того или иного сопротивления, намотанной на изолирующем основании. Ползунок или рычаг реостата ставится в определенное положение, в результате чего в цепь вводится нужное сопротивление.

Длинный проводник малого поперечного сечения создает току большое сопротивление. Короткие проводники большого поперечного сечения оказывают току малое сопротивление.

Если взять два проводника из разного материала, но одинаковой длины и сечения, то проводники будут проводить ток по-разному. Это показывает, что сопротивление проводника зависит от материала самого проводника.

Температура проводника также оказывает влияние на его сопротивление. С повышением температуры сопротивление металлов увеличивается, а сопротивление жидкостей и угля уменьшается. Только некоторые специальные металлические сплавы (манганин, констаитан, никелин и другие) с увеличением температуры своего сопротивления почти не меняют.

Итак, мы видим, что электрическое сопротивление проводника зависит от: 1) длины проводника, 2) поперечного сечения проводника, 3) материала проводника, 4) температуры проводника.

За единицу сопротивления принят один Ом. Ом часто обозначается греческой прописной буквой Ω (омега). Поэтому вместо того чтобы писать «Сопротивление проводника равно 15 Ом», можно написать просто: r = 15 Ω. 1 000 Ом называется 1 килоом (1кОм, или 1кΩ), 1 000 000 Ом называется 1 мегаом (1мгОм, или 1МΩ).

При сравнении сопротивления проводников из различных материалов необходимо брать для каждого образца определенную длину и сечение. Тогда мы сможем судить о том, какой материал лучше или хуже проводит электрический ток.

Видео 1. Сопротивление проводников