Новости
218 0

Материалы с высоким сопротивлением электрическому току

Характеристики электротехнических материалов

Главной характеристикой в электротехнике считается удельная электропроводность, измеряемая в См/м. Она служит коэффициентом пропорциональности между вектором напряжённости поля и плотностью тока. Обозначается часто греческой буквой гамма γ. Удельное сопротивление признано величиной, обратной электропроводности. В результате формула, упомянутая выше, обретает вид: плотность тока прямо пропорциональна напряжённости поля и обратно пропорциональна удельному сопротивлению среды. Единицей измерения становится Ом м.

Рассматриваемое понятие сохраняет актуальность не только для твёрдых сред. К примеру, ток проводят жидкости-электролиты и ионизированные газы. Следовательно, в каждом случае допустимо ввести понятие удельного сопротивления, ведь через среду проходит электрический заряд. Найти в справочниках значения, к примеру, для сварочной дуги сложно по простой причине – подобными задачами не занимаются в достаточной степени. Это не востребовано. С момента обнаружением Дэви накала платиновой пластины электрическим током до внедрения в обиход лампочек накала прошло столетие – по схожей причине не сразу осознали важность, значимость открытия.

Свойство материала

В зависимости от значения величины удельного сопротивления материалы делятся:

Читайте также: Кабель КГВВ: расшифровка, конструкция, технические характеристики
  1. У проводников – менее 1/10000 Ом м.
  2. У диэлектриков – свыше 100 млн. Ом м.
  3. Полупроводники по значениям удельного сопротивления находятся между диэлектриками и проводниками.

Эти значения характеризуют исключительно способность тела сопротивляться прохождению электрического тока и не влияют на прочие аспекты (упругость, термостойкость). К примеру, магнитные материалы бывают проводниками, диэлектриками и полупроводниками.

Как образуется в материале проводимость

В современной физике сопротивление и проводимость принято объяснять зонной теорией. Она применима для твёрдых кристаллических тел, атомы решётки которого принимаются неподвижными. Согласно указанной концепции энергия электронов и прочих типов носителей заряда определяется установленными правилами. Выделяют три основные зоны, присущие материалу:

  • Валентная зона содержит электроны, связанные с атомами. В этой области энергия электронов градируется ступенями, а число уровней ограничено. Внешняя из слоёв атома.
  • Запрещённая зона. В этой области носители заряда находиться не вправе. Служит границей раздела двух других зон. У металлов часто отсутствует.
  • Свободная зона расположена выше двух предыдущих. Здесь электроны участвуют свободно в создании электрического тока, а энергия любая. Нет уровней.

Диэлектрики характеризуются высочайшим расположением свободной зоны. При любых мыслимых на Земле естественных условиях материалы электрический ток не проводят. Велика ширина и запрещённой зоны. У металлов масса свободных электронов. А валентная зона одновременно считается областью проводимости – запрещённых состояний нет. В результате подобные материалы обладают малым удельным сопротивлением.

Расчёт уд. сопротивления

На границе контактов атомов образуются промежуточные энергетические уровни, возникают необычные эффекты, используемые физикой полупроводников. Неоднородности создаются намеренно внедрением примесей (акцепторов и доноров). В результате образуются новые энергетические состояния, проявляющие в процессе протекания электрического тока новые свойства, которыми не владел исходный материал.

У полупроводников ширина запрещённой зоны невелика. Под действием внешних сил электроны способны покидать валентную область. Причиной становится электрическое напряжение, нагрев, облучение, прочие типы воздействий. У диэлектриков и полупроводников по мере понижения температуры электроны переходят на пониженные уровни, в результате валентная зона заполняется, а зона проводимости остаётся свободна. Электрический ток не течёт. В соответствии с квантовой теорией класс полупроводников характеризуется как материалы с шириной запрещённой зоны менее 3 эВ.

Энергия Ферми

Важное место в теории проводимости, объяснениях явлений, происходящих в полупроводниках, занимает энергия Ферми. Скрытности добавляют туманную определения термина в литературе. В зарубежной литературе говорится, что уровень Ферми – некое значение в эВ, а энергия Ферми – разница между ним и наименьшим в кристалле. Приведём избранные общие и понятные предложения:

  1. Уровень Ферми – максимальный из всех, присущих электрону в металлах при температуре 0 К. Следовательно, энергией Ферми считается разница между этой цифрой и минимальным уровнем при абсолютном нуле.
  2. Энергетический уровень Ферми – вероятность нахождения электронов составляет 50% при всех температурах, кроме абсолютного нуля.

Энергия Ферми определятся исключительно для температуры 0 К, тогда как уровень существует при любых условиях. В термодинамике понятие характеризует полный химический потенциал всех электронов. Уровень Ферми определяют как работу, затраченную на дополнение объекта единственным электроном. Параметр определяет проводимость материала, помогает понять физику полупроводников.

Уровень Ферми не обязательно существует физически. Известны случаи, когда место пролегания находилось в середине запрещённой зоны. Физически уровень не существует, там нет электронов. Однако параметр заметен при помощи вольтметра: разница потенциалов между двумя точками цепи (показания на дисплее) пропорциональна разнице уровней Ферми этих точек и обратно пропорциональна заряду электрона. Простая зависимость. Допустимо увязать эти параметры с проводимостью и удельным сопротивлением, пользуясь законом Ома для участка цепи.

Материалы с низким удельным сопротивлением

К проводникам относят большинство металлов, графит, электролиты. Такие материалы обладают низким удельным сопротивлением. В металлах положительно заряженные ионы образуют узлы кристаллической решётки, окружённые облаком электронов. Их принято называть общими за вхождение в состав зоны проводимости.

Хотя не до конца понятно, что такое электрон, его принято описывать как частицу, движущуюся внутри кристалла с тепловой скоростью в сотни км/с. Это намного больше, чем нужно, чтобы вывести космический корабль на орбиту. Одновременно скорость дрейфа, образующая электрический ток под действием вектора напряжённости, едва достигает сантиметра в минуту. Поле распространяется в среде со скоростью света (100 тыс. км/ с).

В результате указанных соотношений становится возможным выразить удельную проводимость через физические величины (см. рисунок):

Формула для расчётов

Читайте также: Электрические разветвители для розетки — двойники или тройники
  • Заряд электрона, e.
  • Концентрация свободных носителей, n.
  • Масса электрона, me.
  • Тепловая скорость носителей,
  • Длина свободного пробега электрона, l.

Уровень Ферми для металлов лежит в пределах 3 – 15 эВ, а концентрация свободных носителей почти не зависит от температуры. Поэтому удельная проводимость, а значит, и сопротивление определяется строением молекулярной решётки и её близостью к идеалу, свободой от дефектов. Параметры определяют длину свободного пробега электронов, легко найти в справочниках, если требуется произвести вычисления (к примеру, с целью определения удельного сопротивления).

Лучшей проводимостью обладают металлы с кубической решёткой. Сюда относят и медь. Переходные металлы характеризуются гораздо большим удельным сопротивлением. Проводимость падает с ростом температуры и при высоких частотах переменного тока. В последнем случае наблюдается скин-эффект. Зависимость от температуры линейная выше некого предела, носящего имя нидерландского физика Петера Дебая.

Отмечаются и не столь прямолинейные зависимости. К примеру, температурная обработка стали повышает количество дефектов, что закономерно снижает удельную проводимость материала. Исключением из правила стал отжиг. Процесс снижает плотность дефектов, что за счёт чего удельное сопротивление уменьшается. Яркое влияние оказывает деформация. Для некоторых сплавов механическая обработка приводит к заметному повышению удельного сопротивления.

Объёмное представление свойства

Схемы на все случаи жизни

К наиболее распространённым материалам высокой электрической проводимости относятся медь и алюминий.

Медьобладает малым удельным сопротивлением, высокой механической прочностью, удовлетворительной стойкостью к коррозии, легко паяется, сваривается и хорошо обрабатывается, что позволяет прокатывать её в листы, ленту и вытягивать в проволку. В качестве проводникового материала используется медь марок М1 и М0. В марке М1 содержится 99.9% чистой меди, а в общем количестве примесей кислород составляет до 0.08%. Лучшими механическими свойствами обладает вторая марка, в которой содержится 99.95% меди, а в составе примесей имеется до 0.02% кислорода. Лучшая бескислородная медь содержит 99.97% чистого вещества, а вакуумная (выплавленная в вакуумных индукционных печах) — 99.99%. Твердотянутую медь, полученную методом холодной протяжки, используют, когда необходима высокая механическая прочность, а мягкую (отожжённую) — когда важна гибкость, например для изготовления монтажных проводов и шнуров. Электровакуумная медь идёт на изготовление деталей электронных приборов. Медь используется также для изготовления фольгированного гетинакса, а в микроэлектронике — для получения токопроводящих плёнок на подложках, обеспечивающих соединение между функциональными элементами схемы. Наиболее употребительные марки обмоточных проводов приведены в таблице ниже.

Марка проводаТип изоляцииДиаметр провода, мм
ПЭЛЭмалевая лакостойкая.02-2.44
ПЭВ-1Эмалевая с одинарным и двойным винифлексовым покрытием.06-2.44
ПЭЛБОЭмалевая лакостойкая с одним слоем хлопчатобумажной обмотки.2-2.1
ПЭЛБДТо же, но с двумя слоями хлопчатобумажной обмотки.72-2.1
ПЭЛШОТо же, но с одним слоем шёлковой обмотки.05-2.1
ПЭЛШДЭмалевая лакостойкая с двумя слоями шёлковой обмотки.86
ПЭЛШКОЭмалевая лакостойкая с одним слоем обмотки из капрона.05-2.1
ПЭЛШКДЭмалевая лакостойкая с двумя слоями обмотки из капрона.86
ПЭЛШЮЭмалевая лакостойкая с одним слоем обмотки из шёлка.05-2.1
ПЭТСОЭмалевая (Винифлекс) с одним слоем обмотки из стеклянной пряжи.31-2.1
ПЭТКСОТТо же, но с применением кремнийорганической эмали..33-1.56
ПЭЛБВЭмалевая лакостойкая с обмоткой из длинноволокнистой бумаги.51-1.45
ПБНесколько слоёв кабельной бумаги.31-5.2
ПБООдин слой хлопчатобумажной обмотки.2-2.1
ПБДДва слоя хлопчатобумажной обмотки.2-5.2
ПСДДва слоя обмотки из стекловолокна, пропитанной глифталевым лаком.31-5.2
ПСДКДва слоя обмотки из стекловолокна, пропитанной кремнийорганическим лаком.31-5.2

Алюминийприблизительно в 3.5 раза легче меди. Для электротехнических целей используют алюминий технической чистоты АЕ, содержащий до 0.5% примесей. Проволка, изготовленная из алюминия АЕ и отожжённая при температуре 350 С°, обладает удельным сопротивлением 0.028 мкОм*м. Алюминий высокой чистоты А97 (примесей до 0.03%) используется для изготовления тонкой (до 6 мкм) фольги, электродов и корпусов электролитических конденсаторов. Основным недостатком алюминия является малая механическая прочность, почти в три раза меньшая, чем у меди. В радиотехнике алюминий применяют в виде алюминиевой фольги в электролитических и бумажных конденсаторах; из листового алюминия изготовляют пластины, каркасы и прочие детали воздушных конденсаторов переменной емкости. Алюминиевые листы применяют как конструктивный материал для изготовления панелей и каркасов аппаратуры. Алюминий хорошо поддается всем видам обработки. При опиловке алюминия рекомендуется, применять напильники с особо острой насечкой, а резцы и фрезы необходимо затачивать острее, чем при обработке других материалов. Распространено изготовление алюминиевых деталей литьем. Алюминий стоек в отношении коррозии, так как покрывается на воздухе оксидной пленкой, которая хорошо предохраняет его от дальнейшего окисления. Для конструктивных целей широко применяются твердые сплавы алюминия, например дюралюминий, обладающий несколько большей плотностью и значительно более высокими механическими параметрами, чем алюминий. Дюралюминий применяется листовой, угловой и в трубах.Наиболее употребительные марки обмоточных проводов из алюминия приведены в таблице ниже.

Марка проводаТип изоляцииДиаметр провода без изоляции, мм
АПБПровод круглого или прямоугольного сечения, изолированный несколькими слоями обмотки из лент кабельной бумаги1.35-8.0
АПБДТо же, но изолированный двумя слоями обмотки из хлопчатобумажной пряжиПрямоугольного сечения: Меньшая сторона: от 2,1 до 5,5 мм Большая сторона: от 4,1 до 14,5 мм
АПСДПровод круглого или прямоугольного сечения, изолированный двумя слоями обмотки из стекловолокна, пропитанной нагревостойким глифталевым лаком1.62-5.2
АПЛБДПровод круглого или прямоугольного сечения, изолированный обмоткой из лавсанового волокна и одним слоем хлопчатобумажной обмоткиКруглое сечение: диаметр 1,35-8

Альдрей— сплав алюминия с магнием (0.3-0.5%), кремнием (0.4-0.7%) и железом (0.2-0.3%). Сохраняет лёгкость чистого алюминия, обладает близким к нему удельным сопротивлением (0.0317 мкОм*м) и высокой (близкой к твердотянутой меди) механической прочностью.

Дюралюминий— сплав алюминия с медью. Обладает свойствами алюминия, но значительно тверже и прочнее его. Выпускаются следующие основные марки:

  • Д1— характеризуется средней пластичностью и высокой прочностью после термической обработки (закаливания и старения). В отожженном состоянии можно гнуть и вытягивать. Коррозийная стойкость невысокая. Применяется для изготовления деталей, не требующих большой прочности: втулок, стоек, опор, промежуточных шайб, обшивок каркасов, деталей разъемов и фишек, а также деталей, требующих глубокой вытяжки — экранов, стаканов и т.п. В закаленном состоянии применяется в деталях, требующих повышенной прочности: опор изоляторов, кронштейнов, подвесок.
  • Д6— характеризуется повышенной прочностью, невысокой пластичностью. В основном применяется для изготовления труб.
  • Д16— сочетает высокую прочность с высокой пластичностью и удовлетворительной свариваемостью. Прочность приобретает после закаливания и естественного старения. Применяется для изготовления деталей, работающих при нормальных температурах и средних механических нагрузках: колпачков, крышек, экранов, фланцев, обойм, рефлекторов, каркасов, деталей штепсельных разъемов, шасси, панелей, заклепок, а также деталей глубокой вытяжки и профильной гибки. Закаленный применятся для изготовления оснований антенн, каркасов, блоков.
  • Д18П— сочетает повышенную пластичность с удовлетворительной свариваемостью и обрабатываемостью. Основное применение — заклепки.

Силумин— сплав алюминия с кремнием. Обладает хорошими литейными свойствами, но хрупок. Марки СИЛ-1 и СИЛ-2. Применяется для изготовления шасси, шкивов, фасонных деталей и т.п.

Бронза— сплав меди с небольшим количеством олова, кремния, фосфора, хрома, кадмия или других материалов, обладающих более высокими механическими свойствами, чем медь. Кадмиевая бронза обладает наибольшей электропроводностью среди всех тип бронз, хорошей механической прочностью и в три раза лучше сопротивляется истиранию, чем твердотянутая медь. Кроме того, будучи нагретой до 250 градусов Цельсия, кадмиевая бронза не теряет своей механической прочности, в то время как медь при этой температуре полностью отжигается. Бериллиевая бронза отличается высокой механической прочностью и хорошо сопротивляется износу. Ее применяют для изготовления проводов высокой прочности, пружинных, штепсельных и скользящих контактов, зажимов, ножей и губок выключателей и переключателей. Бериллиевая бронза так же не боится нагрева до 250 градусов Цельсия. Фосфористая бронза, так же как и бериллиевая, идет для производства токопроводящих пружин и скользящих контактов реостатов, переменных конденсаторов и т. п.

Латунь— сплав меди сцинком и другими добавками, обладающий большим относительным удлинением, что важно при обработке штамповкой и глубокой вытяжке. Применяется для изготовления различных токопроводящих деталей.

  • Латунь Л62— обладает высокой пластичностью и коррозийной стойкостью при достаточной прочности. Пригодна для глубокой штамповки: экранов, кожухов, стаканов, фланцев, обрамлений, волноводов, а также деталей шасси, контактных лепестков, штепсельных вилок, шайб, гаек. Хорошо тянется и обрабатывается резанием.
  • Латунь Л68— характеризуется высокими пластическими и механическими свойствами, хорошо обрабатывается давлением как в холодном, так и в горячем состоянии, паяется, обрабатывается резанием. Устойчива против коррозии. Применяется для изготовления деталей, не требующих высоких механических свойств, и для деталей глубокой вытяжки.
  • Латунь Л90— обладает высокими механическими свойствами и стойкостью против коррозии. Хорошо обрабатывается в холодном состоянии. Применяется для изготовления деталей глубокой вытяжки, несущих большие механические нагрузки.
  • Латунь ЛС59-1— свинцовая, характеризуется высокими механическими свойствами и коррозийной устойчивостью. Хорошо сваривается, паяется и обрабатывается резанием. Применяется для изготовления деталей неответственного назначения: фишек и разъемов, арматуры для пластмасс, направляющих штырей, фиксаторов, фланцев, шайб.

Состав и свойства некоторых медных электротехнических сплавов приведены в таблице ниже.

СплавУдельная проводимость, % к медиПредел прочности, МПаОтносительное удлинение при разрыве, %
Кадмиевая бронза (0.9% Cd)95До 31050
Бронза (0.8% Cd, 0.6% Sn)55-6029055
Фосфористая бронза (7% Sn, 0.1% P)10-15До 40060
Латунь (70% Cu, 30% Zn)25320-35070

Сталь и железо. Всякий сплав железа, содержащий от 0,01% до 1,7% углерода, считается сталью. Исторически деление на железо и сталь было проведено на основании чисто технологических признаков, в соответствии с которыми к железу отнесли сплавы, содержащие до 0,1% углерода и минимальное количество других примесей. В радиотехнике принято последнее подразделение на железо и сталь. Отсюда и названия — железо Армко, карбонильное железо, электролитическое железо и т. п., несмотря на то, что они содержат более 0,01% углерода. Железная проволока в качестве проводника тока особенно широко эксплоатируется в радиотрансляционной технике в виде фидерных линий и для абонентской проводки. Железная проволока имеет удельное объемное сопротивление в 7-8 раз выше, чем у меди, и быстро разрушается под действием коррозии, но отличается большой механической прочностью и низкой ценой по сравнению с медью и алюминием.

Читайте также: Как выбрать розетку с индикатором потребляемой мощности
  • Сталь декопированная— хорошо сваривается и штампуется. Предназначена для штампованных деталей, несущих малую нагрузку: колпачки, обоймы, крышки, кожухи, крепежные скобы. Возможная замена: сталь марок 0.8КП, 10КП, 10.
  • Сталь Cт. 0 обыкновенного качества— хорошо сваривается и применяется для изготовления проволоки, сетки и т.п.
  • Сталь Ст. 3 обыкновенного качества— мягкая, вязкая, хорошо сваривается. Применяется для сварных конструкций, приспособлений, щитков, кожухов, прокладок, угольников и т. п. Возможная замена: сталь марок 10 и 15.
  • Сталь 10 (а также 08КП, 10КП) качественная машиностроительная— хорошо штампуется в холодном состоянии, допускает холодную высадку, хорошо сваривается. Предназначена для изготовления малонагружаемых деталей и конструкций, требующих сварки, штамповки, гибки, сплющивания, отбортовки. Сталь марки 10КП применяется для деталей, изготовляемых глубокой вытяжкой: крышки, колпачки, платы и т.п. Возможная замена: сталь марок 15, 20, 25, 15КП и 20КП.
  • Сталь 20 качественная машиностроительная— хорошо сваривается и обрабатывается на металлорежущих станках. Пригодна для штамповки, гибки, вытяжки. Может подвергаться цементации и цианированию. Предназначена для изготовления ответственных штампованных деталей; для изготовления всех видов крепежа, а также деталей, от которых не требуется высокой прочности. Возможная замена: сталь марок 25, 30, 35 и 40.
  • Сталь 30 качественная машиностроительная— хорошо куется и сваривается. Для повышения обрабатываемости и закаливаемости предварительно нормализуется. Закаливается в воде, после чего приобретает твердую прверхность и мягкую сердцевину. Предназначена для изготовления деталей, которые по условиям работы должны иметь высокую поверхностную твердость при вязкой сердцевине. Возможная замена: стали марок 35, 40 и 45.
  • Сталь 40 качественная машиностроительная— обладает повышенной прочностью. После закалки обязателен отпуск. Применяется для изготовления мелких средненагружаемых деталей: втулок, винтов, гаек, колец, шайб, штифтов, осей, валов, шестерен, а также деталей, изготовляемых холодной высадкой. Возможная замена: стали марок 45 и 50.
  • Сталь 45 качественная машиностроительная— высокопрочная и твердая при удовлетворительной вязкости. Сваривается, но после сварки необходима термическая обработка. Хорошо обрабатывается на металлорежущих станках. Применяется для изготовления деталей, требующих повышенной механической прочности: осей, зубчатых колес, деталей, изготовляемых холодной высадкой, ответственных крепежных деталей. Может работать на истирание.
  • Сталь 50 качественная машиностроительная— высокопрочная и твердая при удовлетворительной вязкости. Сваривается, но затем требует термической обработки. Поддается закалке. Применение то же, что у стали 45.
  • Сталь 65Г качественная машиностроительная— с повышенным содержанием марганца. Обладает высокой прочностью и износоустойчивостью при хороших пружинящих свойствах. Предназначена для изготовления деталей, работающих при знакопеременных нагрузках: рессор, пружин, пружинных шайб и т.п.
  • Стали Н, П, В пружинная— углеродистая, предназначена для изготовления пружин, навиваемых в холодном состоянии и не подвергаемых закалке.
  • Сталь А12 конструкционная автоматная— хорошо обрабатывается на металлорежущих станках. Может подвергаться цементации и цианированию. Предназначена для изготовления малонагружаемых мелких и средних деталей простой формы, требующих чистой поверхности и высокой поверхностной твердости: валов, упоров, втулок, осей и т.п. Возможная замена: стали марок А15, 15, 20, 30 и 35.
  • Сталь У7А— для изготовления инструментов, подвергающихся ударам и толчкам: зубил, молотков, выколоток и т.п. Закаливается в воде и слабо в масле, обладает значительной вязкостью и твердостью, устойчива против смятия. Сваривается плохо. При высокой температуре механические свойства снижаются.
  • Сталь У8А— применение то же, что у стали У7А, а также для пробойников, ножей по металлу и изготовления пружин.
  • Сталь У10А— предназначена для изготовления инструмента, не подвергающегося ударам и требующего вязкости на острых лезвиях: резцов, сверл, фасонных штампов, метчиков, плашек и т.п.

Конструкционные легированные стали содержат, кроме углерода, примеси хрома, никеля, вольфрама, молибдена, ванадия и других металлов. Соответственно их называют: хромистая сталь, никелевая сталь и т.д. Эти присадки придают стали особые свойства.Хромистая стальочень стойка против истирания и окисления.Никелевая стальхорошо переносит удары.Хромоникелевая стальмарок 12ХНЗА, 1ХЗН4А и 20ХНЗА отличается высокой твердостью и вязкостью, а ее разновидность — нержавеющая сталь марки 14Х19Н9А (с присадкой марганца) — не подвержена коррозии.Хромансилевая стальмарки ЗОХГСА обладает высокой прочностью, большой вязкостью и хорошо закаливается.

Листовая электротехническая сталь в радиотехнике относится к разряду магнитных материалов. Поэтому сведения о ней приведены в соответствующем разделе.

Примерное содержание углерода в стали можно определить, наблюдая форму и цвет искр при обработке стали на наждачном круге. Малоуглеродистая сталь дает прямые соломенно-желтые искры почти без звездочек. Сталь с содержанием до 0,5% углерода дает маленькие светло-желтые искры. Углородистая (инструментальная) сталь с содержанием углерода до 0,7—1% дает светло-желтые искры с большим количеством звездочек. При содержании углерода до 1,2—1,4% световые линии укорачиваются, а число звездочек резко возрастает. Присутствие в стали хрома проявляется темно-красными линиями, а присутствие вольфрама — шарообразными искрами.

Цинкможет применяться только как суррогат проводниковых материалов, так как его сопротивление в три раза выше, чем меди, и при нагревании до 100 градусов Цельсия цинк теряет прочность на 60—70% (медь на 9%). Сопротивление цинка коррозии ниже, чем алюминия. Кроме того, он имеет низкое сопротивление к длительной механической нагрузке.

Висмутиспользуется, главным образом, в измерительной технике, благодаря следующим свойствам:

  • Его удельное сопротивление увеличивается под действием магнитного поля, поэтому спирали из висмута применяют для измерения напряженности магнитного поля.
  • Термопара, состоящая из висмута и серебра дает большую термоэлектродвижущую силу — 80 мкВ на градус Цельсия.

Ртуть— единственный металл, находящийся в жидком состоянии при комнатной температуре. В радиотехнике ртуть применяется в ртутных колбах для мощных выпрямителей, для контактов и т.п.

Серебро— металл белого цвета, хорошо поддающийся механической обработке. Обладает наивысшей электропроводностью и хорошо паяется. Применяется для изготовления контактов реле, как покрытие проводов, предназначенных для намотки высокочастотных катушек индуктивности, серебрения керамики (в производстве конденсаторов). Применяется и как антикоррозийное покрытие.

Платина— металл серого цвета. Хорошо вытягивается в проволоку и раскатывается в листы. Применяется для изготовления контактов реле, термопар и нагревательных элементов в измерительной технике.

Вольфрам— металл серебристо-белого цвета. Очень жароупорен, тверд и прочен. При комнатной температуре не окисляется. Применяется для изготовления контактов и в производстве электронных ламп.

Олово— мягкий металл серебристо-белого цвета с голубоватым оттенком. Стоек против коррозии и поэтому используется в качестве антикоррозийного покрытия. Применяется в качестве припоя, чаще всего в сочетании с другими металлами.

Золотообладает высокой пластичностью (предел прочности при растяжении 150 МПа, относительное удлинение при разрыве 40%) и используется в электронной технике для нанесения коррозионно-устойчивых покрытий на резисторы СВЧ, внутренние поверхности волноводов, электроды ламп и транзисторов и т.д.

Никельобладает плотностью, равной плотности меди, легко поддаётся механической обработке, устойчив к окислению. Применяется для изготовления арматуры электронных ламп, нагревательных элементов, в качестве компонента магнитных и проводниковых сплавов, защитного покрытия изделий из железа.

Инвар(Н-36) — сплав железа с 36% никеля, обладает очень низким коэффициентом линейного расширения в диапазоне температур от -100 до +100 С°. Применяется для изготовления токоотводов ламп, проходящих через стеклянные элементы.

Платинит(Н-47) — сплав железа с 47% никеля. Имеет коэффициент линейного расширения близкий к платине и стеклу. Применяется для изготовления токоотводов ламп, проходящих через стеклянные элементы.

Ковар— сплав железа с 29% никеля и 17% кобальта, обладает удельным сопротивлением примерно в 2 раза меньшим чем у инвара и малым коэффициентом линейного расширения (аL=4.8*10-6 К-1). Температура плавления 1450 С°. Применяется для изготовления токоотводов ламп, проходящих через стеклянные элементы.

Свинец— мягкий, пластичный металл, обладающий невысокой прочностью (предел прочности при растяжении 16 МПа, относительное удлинение при разрыве 55%), не стоек к вибрации, устойчив к действию воды, серной и соляной кислот и других реагентов; подвержен действию азотной и уксусной кислот, извести и гниющих органических веществ. Свинец и его сплавы используют для изготовления защитных (от влаги) оболочек кабелей, плавких вставок предохранителей, пластин кислотных аккумуляторов и в качестве материала, поглощающего рентгеновское излучение. свинец и его соединения ядовиты.

Припоипредставляют собой специальные сплавы, используемые при пайке. Обычно припой имеет более низкую температуру плавления, чем соединяемые детали. Различают мягкие и твёрдые припои с температурой плавления соответственно до 300 и более 300 С°. Более подробно припои рассмотрим в статье припои и флюсы.

Список использованной литературы

  1. Справочник молодого радиста. В.Г. Бодиловский. — М.: Высшая школа, 1983.
  2. Рабчинская Г.И. Радиолюбительские материалы (краткий справочник), выпуск МРБ номер 87, Госэнергоиздат, 1950 год.
  3. Соболевский А.Г. Материалы в радиоэлектронике (справочник), выпуск МРБ номер 492, Госэнергоиздат, 1963 год.

Материалы с высоким удельным сопротивлением

Порой требуется специально удельное сопротивление повысить. Подобная ситуация встречается в случаях с нагревательными приборами и резисторами электронных схем. Вот тогда приходит черед сплавов с высоким удельным сопротивлением (более 0,3 мкОм м). При использовании в составе измерительных приборов предъявляется требование минимального потенциала на границе стыковки с медным контактом.

Наибольшую известность получил нихром. Нередко нагревательные приборы конструируют из дешёвого фехраля (хрупкий, но дешёвый). В зависимости от назначения в сплавы входит медь, марганец и прочие металлы. Это дорогое удовольствие. К примеру, резистор из манганина стоит 30 центов на Алиэкспресс, где цены традиционно ниже магазинных. Встречается даже сплав палладия с иридием. О цене материала не следует говорить вслух.

Резисторы печатных плат часто изготавливают из чистых металлов в виде плёнок методом напыления. Массово применяются хром, тантал, вольфрам, сплавы, среди прочего, нихром.

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление, одно из составляющих закона Ома, выражается в омах (Ом). Следует заметить, что электрическое сопротивление и удельное сопротивление — это не одно и то же. Удельное сопротивление является свойством материала, в то время как электрическое сопротивление — это свойство объекта.

Электрическое сопротивление резистора определяется сочетанием формы и удельным сопротивлением материала, из которого он сделан.

Например, проволочный резистор, изготовленный из длинной и тонкой проволоки имеет большее сопротивление, нежели резистор, сделанный из короткой и толстой проволоки того же металла.

В тоже время проволочный резистор, изготовленный из материала с высоким удельным сопротивлением, обладает большим электрическим сопротивлением, чем резистор, сделанный из материала с низким удельным сопротивлением. И все это не смотря на то, что оба резистора сделаны из проволоки одинаковой длины и диаметра.

В качестве наглядности можно провести аналогию с гидравлической системой, где вода прокачивается через трубы.

Читайте также: Асинхронные режимы в электрических системах. Установившийся асинхронный режим.
  • Чем длиннее и тоньше труба, тем больше будет оказано сопротивление воде.
  • Труба, заполненная песком, будет больше оказывать сопротивление воде, нежели труба без песка

Вещества, не проводящие электрический ток

Диэлектрики характеризуются впечатляющим удельным сопротивлением. Это не ключевая черта. К диэлектрикам относят материалы, способные перераспределять заряд под действием электрического поля. В результате происходит накопление, что используется в конденсаторах. Степень перераспределения заряда характеризуется диэлектрической проницаемостью. Параметр показывает, во сколько раз возрастает ёмкость конденсатора, где вместо воздуха использован конкретный материал. Отдельные диэлектрики способны проводить и излучать колебания под действием переменного тока. Известно сегнетоэлектричество, обусловленное сменой температур.

В процессе смены направления поля возникают потери. Подобно тому, как магнитная напряжённость частично преобразуется в тепло при воздействии на мягкую сталь. Диэлектрические потери зависят преимущественно от частоты. При необходимости в качестве материалов используют неполярные изоляторы, молекулы которых симметричны, без ярко выраженного электрического момента. Поляризация возникает, если заряды прочно связаны с кристаллической решёткой. Типы поляризации:

  1. Электронная поляризация возникает как результат деформации внешних энергетических оболочек атомов. Обратима. Характерна для неполярных диэлектриков в любой фазе вещества. Из-за малого веса электронов возникает почти мгновенно (единицы фс).
  2. Ионная поляризация распространяется на два порядка медленнее и характерна для веществ с ионной кристаллической решёткой. Соответственно, материалы применяются на частотах до 10 ГГц и обладают большим значением диэлектрической проницаемости (у двуокиси титана – до 90).
  3. Дипольно-релаксационная поляризация намного медленнее. Время совершения составляет сотые доли секунды. Дипольно-релаксационная поляризация характерна для газов и жидкостей и зависит, соответственно, от вязкости (плотности). Прослеживается влияние температуры: эффект образует пик при некотором значении.
  4. Спонтанная поляризация наблюдается у сегнетоэлектриков.

Тема 2.3 Материалы высокого электрического сопротивления

К материалам высокого электрического сопротивления относятся проводниковые материалы со значением в нормальных условиях не менее 0,3 мкОм·м. Кроме того, данные материалы обладают малым значением температурного коэффициента удельного сопротивления.

Эти свойства позволяют создавать из них изделия, сопротивление которых практически не зависит от температуры: термостабильные резисторы для измерительных приборов, реастатов и нагревательных элементов.

Основными представителями такой группы материалов являются сплавы: манганин, константан, нихром, фехраль, хромаль.

Манганин– светло-оранжевый сплав на основе меди, содержащий 2-3% никеля и 12-13% марганца. Достоинствами манганина являются очень малая зависимость его удельного сопротивления от температуры и небольшая термо-эдс в контакте с медью. ( )

Применяется для изготовления реостатов, нагревательных приборов. Из-за высокой термо-эдс в паре с медью и железом используется для изготовления термопар.

Поскольку в составе константана много дорого и дефицитного никеля, он не находит широкого применения.

В нагревательных элементах, резисторах и реостатах применяют жаростойкие проводниковые материалы, которые представляют собой сплавы на основе никеля, хрома, железа и некоторых других компонентов. Эти сплавы не окисляются при высоких температурах, поскольку такие металлы, как хром, никель и алюминий, при нагреве образуют на поверности оксидную пленку большой плотности, которая препятствует доступу кислорода к сплаву. Применяют их в виде лент и проволок.

Нихромы(хромоникелевые сплавы – X20H80) –.

Они применяются для изготовления электронагревательных элементов, т.к. обладают хорошей стойкостью при высокой температуре.

Фехралиихромали– сплавы системы Fe-Cr-Al

Нихромы более технологичны, имеют высокую рабочую температуру, но вних, как и в константане, велико содержание дорогого и дефицитного никеля. Фехрали и хромали немного дешевле нихромов и отличаются доступностью, однако менее технологичны, более тверды и хрупки.

По составу родственными являются материалы, используемые для термопар. Этохромель– спав никеля и хрома (90% Ni + 10% Cr),алюмель– сплав никеля (94%) с алюминием, кремнием и марганцем,копель– сплав меди с кобальтом и никелем. Используются также константан и платина.

Задача 3

Сопротивление манганинового провода при нормальных условиях 500 Ом, при температуре 280 ºС – 500,8 Ом. Определите температурный коэффициент манганина.

Источник

Добавить комментарий