Какой металл лучше всего проводит электричество? 7 букв, первая буква С – кроссворды и сканворды

Проводники – это тела, через которые электрические заряды могут передаваться от заряженного тела к незаряженному.

Какой металл лучше всего проводит электричество? 7 букв

Способность проводить электричество характеризуется электрическим сопротивлением древесины. В общем случае общее сопротивление образца древесины, помещенного между двумя электродами, определяется как результат двух сопротивлений – объемного и поверхностного. Объемное сопротивление численно описывает препятствие прохождению тока по толщине образца, а поверхностное сопротивление описывает препятствие прохождению тока по поверхности образца. Удельное сопротивление и поверхностное сопротивление – это удельное сопротивление образца. Первый показатель выражается в омах на сантиметр (Ом х см) и равен сопротивлению, оказываемому током, протекающим через две противоположные стороны куба 1X1X1 см из данного материала (дерева). Второй показатель измеряется в омах и численно равен сопротивлению квадрата любого размера на поверхности образца древесины при подаче тока на электроды, ограничивающие две противоположные стороны этого квадрата. Проводимость зависит от породы древесины и направления протекания тока. Для иллюстрации порядка величины объемного и поверхностного удельного сопротивления некоторые данные приведены в таблице 22.

Таблица 22: Сравнительные данные по объемному и поверхностному удельному сопротивлению древесины.

Виды и направленияСодержание влаги, %.Объемное удельное сопротивление, Ом х смУдельное поверхностное сопротивление, Ом
Береза, продольно8,24,2 х 10104,0 х 1011
Береза, поперек8,08,6 х 10112,8 х 1012
Буковая древесина, продольно9,21,7 х 1099,4 х 1010
Бук, поперечное зерно8,31,4 х 10107,9 х 1010

Объемная проводимость является наиболее важным элементом для определения электропроводности. Удельное сопротивление сильно зависит от содержания влаги в древесине. По мере увеличения влажности древесины удельное сопротивление уменьшается. Особенно резкое снижение удельного сопротивления наблюдается при увеличении содержания влаги от абсолютно сухого состояния до предела гигроскопичности. Это приводит к уменьшению удельного сопротивления в миллионы раз. Дальнейшее увеличение содержания влаги приводит к снижению удельного сопротивления лишь в десять раз. Это показано в таблице 24.

Таблица 23: Удельное сопротивление древесины в абсолютно сухом состоянии.

ВидыУдельное сопротивление поперечного сечения, Ом х см
через волокнавдоль волокон
Сосна2,3 х 10151,8 х 1015
Ель7,6 х 10163,8 х 1016
Пепел3,3 х 10163,8 х 1015
2.3 х 1016 3.8 х 1015 зола8,0 х 10161,3 х 1015
Клен6,6 х 10173,3 х 1017
Березовое дерево5,1 х 10162,3 х 1016
Ольхон1,0 х 10179,6 х 1015
Лайм1,5 х 10166,4 х 1015
Осина1,7 х 10168,0 х 1015

Таблица 24: Влияние содержания влаги на удельное электрическое сопротивление древесины.

ВидыЭлектрическое сопротивление (Ом х см) поперек волокна для влажности древесины (%)
022100
Кедр2,5 х 10142,7 х 1061,8 х 105
Лиственница8,6 х 10136,6 х 1062,0 х 105

Поверхностное удельное сопротивление древесины также значительно уменьшается с увеличением содержания влаги. Повышение температуры приводит к снижению объемного удельного сопротивления древесины. Так, удельное сопротивление бумажной древесины уменьшается в 2,5 раза при повышении температуры от 22-23° до 44-45°С (примерно в два раза), а буковой древесины – в 3 раза при повышении температуры от 20-21° до 50°С. При температурах ниже нуля объемное сопротивление древесины увеличивается. Удельное сопротивление вдоль волокон образцов березы с влажностью 76% при 0°C составило 1,2 x 107 Ом см; после охлаждения образца до -24°C оно составило 1,02 x 108 Ом см. Пропитка древесины минеральными консервантами (например, хлоридом цинка) снижает проводимость, а пропитка креозотом практически не влияет на проводимость. Электропроводность древесины имеет практическое значение, когда она используется для изготовления столбов связи, мачт высоковольтных линий электропередач, рукояток электроинструментов и т.д. Кроме того, зависимость электропроводности от влажности древесины является основой для работы электрических влагомеров.

Рассмотрим движение свободных электронов в виде плоских электронных волн, длина которых λ определяется соотношением де Бройля (1.3). Такая электронная волна распространяется в строго периодическом потенциальном поле без диссипации энергии. Это означает, что в идеальном кристалле свободный путь электронов бесконечен и сопротивление для электрического тока равно нулю.

Каково сопротивление меди и алюминия

Алюминий – это легкий металл, который легко поддается механической обработке и литью. Он обладает высокой электропроводностью: занимает 4-е место после серебра, меди и золота.

Важно: несмотря на ряд преимуществ (низкая стоимость, малый вес, простота обработки и т.д.), алюминиевые провода в долгосрочной перспективе менее выгодны, чем медные. В электротехнике важны два термина:

В электротехнике важны 2 концепции:

  • Электропроводность: отвечает за передачу тока из одной точки в другую. Чем выше проводимость металла, тем лучше он проводит электричество. При температуре +20 градусов проводимость меди составляет 59,5 миллионов сименсов на метр (См/м), алюминия – 38 миллионов См/м. Проводимость медного кабеля практически не зависит от температуры.
  • Электрическое сопротивление: Чем выше этот показатель, тем хуже вещество проводит электричество. Удельное сопротивление меди составляет 0,01724-0,0180 мкОм/м, алюминия – 0,0262-0,0295.

Другими словами, медь имеет более высокую проводимость и меньшее сопротивление, чем алюминий.

Регулируя таким образом теплопроводность, можно эффективно использовать материал для автоматического отвода тепла жарким летом, так как он будет обладать высокой теплопроводностью, но при этом предотвращать потерю тепла холодной зимой из-за низкой теплопроводности при более низких температурах.

Первое и второе поколение

Как только вы узнаете, что проводит электричество, вам нужно будет узнать свойства некоторых веществ. Проводники могут быть разными – металлическая проволока, морская вода. Но ток в них разный, поэтому вещества делятся на две группы:

  • первый вид, в котором электричество течет через электроны;
  • второй вид – те, которые основаны на ионах.

К первому относятся все металлы и углерод. Ко второму виду относятся основания, кислоты и расплавленные соли – электролиты. В них ток представляет собой упорядоченное движение отрицательных и положительных ионов. Электрический ток протекает в этих материалах при любом напряжении. В нормальных условиях хороший проводник электрического тока – это изделие, изготовленное из золота, серебра, алюминия или меди.

Эти два последних материала используются для изготовления кабелей, которые стоят дешево. Хорошим жидким проводящим веществом является ртуть, электричество также хорошо проходит через углерод. Однако это вещество не является гибким, поэтому на практике его не используют. Хотя недавно физикам удалось представить углерод в виде графена, что делает возможным создание шнуров из его волокон.

Графеновые изделия имеют настолько высокое сопротивление, что оно неприемлемо для проводников. Их можно использовать только в нагревателях. В этом случае металлические проволоки из никеля и хрома проигрывают, поскольку не выдерживают очень высоких температур. Спирали в люминесцентных лампах сделаны из вольфрама. Этот материал может светиться, поскольку является тугоплавким веществом.

Алюминий очень плохо паяется мягким припоем (оловянно-свинцовым), но хорошо паяется цинковым припоем. При проектировании приборов стоит помнить, что проще подключить провод к алюминиевому шасси, прикрутив его к штампованной стойке, чем паять. В твердых сортах алюминия (6061, 6082, 7075) винт может быть нарезан напрямую.

Справочник по электротехнике материалы для всего: проводники – серебро, медь, алюминий.

Экология знаний. Техника: Пошаговое руководство по материалам, которые используются не только в электротехнике, но и в технологии и ремесленниками в целом. С описаниями, примерами применения, заметками о работе. Пособие написано максимально просто и будет понятно всем – от студентов до пенсионеров.

Мы публикуем пошаговое руководство по материалам, используемым не только в электротехнике, но и в технике в целом, в том числе и самодельщиками. С описаниями, примерами применения и советами по работе. Руководство написано максимально просто и будет понятно всем – от студентов до пенсионеров.
В этом разделе мы начнем разбирать проводники – серебро, медь, алюминий.

Справочник по электротехнике Материалы для всех: Проводники - серебро, медь, алюминий.

Гиды

Двадцатый век – это век пластмасс. До появления широкого спектра синтетических полимеров человек использовал в строительстве металлы и натуральные материалы – дерево, кожу и т.д. Сегодня мы наводнены пластиковыми изделиями – от одноразовой посуды до прочных деталей автомобильных двигателей. Пластмассы во многих отношениях лучше металлов, но они никогда не смогут полностью заменить их, поэтому история начинается с металлов. Металлам посвящены сотни книг, а область, которая ими занимается, называется металлургией.

Мы заинтересованы в металлах в области электроники. В качестве проводников, в составе электронных устройств. Все остальные области применения – такие как, например, конструкционные материалы – в этой книге пока не рассматриваются.

Основным свойством металлов для электроники является их способность хорошо проводить электричество. Давайте посмотрим на таблицу удельных сопротивлений различных металлов:

Удельное сопротивление Ом*мм2/м

Мы видим лидеров нашего списка: Ag, Cu, Au, Al.

Ag – серебро. Драгоценный металл. Серебро – самый дешевый из драгоценных металлов, но все же слишком дорогой для изготовления проводов. Электропроводность на 5% лучше, чем у меди, при разнице в цене почти в 100 раз.

Примеры применения

В качестве проводящих покрытий в микроволновой технике. Высокочастотный ток, благодаря скин-эффекту, течет по поверхности проводника, а не по его толщине, поэтому тонкое покрытие волновода серебром дает большее увеличение проводимости, чем покрытие серебром проводника постоянного тока.

В сплавах контактной группы. Контакты силовых реле, сигнальных реле, переключателей и автоматических выключателей обычно изготавливаются из серебросодержащих сплавов. Контактное сопротивление ниже, чем у меди, и она менее подвержена окислению. Поскольку контакты обычно миниатюрны, стоимость этого небольшого добавления серебра к цене продукта незначительна. Хотя при утилизации большого количества реле стоимость серебра заставляет работать с бокорезами, чтобы отделить контакты в кучу для последующего аффинажа.

Справочник по электротехнике материалы для всего: проводники - серебро, медь, алюминий.

Контакты 16-амперного силового реле. Контакты содержат серебро и кадмий, в соответствии с документацией производителя.

Справочник по электротехнике материалы для всего: проводники - серебро, медь, алюминий.

Различные реле. Верхнее реле имеет даже посеребренный корпус с характерной патиной. Содержание драгоценных металлов в продукции, произведенной в СССР, указывалось в паспортах на продукцию.

В качестве добавки к паяльным сплавам. Высококачественные припои (как твердые, так и мягкие) часто содержат серебро.

Проводящие покрытия на диэлектриках. Например, суспензия частиц серебра наносится на керамику для формирования контактной площадки, а затем обжигается в печи (метод обжига).

Компонент электропроводящих клеев и чернил. Электропроводящие краски часто
содержат суспензию частиц серебра. Когда чернила высыхают, растворитель
испаряется, и частицы в растворе сближаются, слипаются и образуют проводящую среду
мосты, через которые может протекать ток.

Недостатки

Хотя серебро является драгоценным металлом, оно окисляется в средах, содержащих
сера:
4Ag + 2H2S + O2 → 2Ag2S + 2H2O

Образуется темная “патина”. Сера также может поступать из каучука, в
Провод с резиновой изоляцией и посеребренные контакты – плохое сочетание.
Потускневшее серебро можно очистить химическим способом. В отличие от чистки абразивными пастами (включая зубную пасту), это самый щадящий способ чистки без царапин.

Cu – медь. Основной металл электрических проводников. Обмотки двигателей, изолированные провода, шины и гибкие проводники часто бывают медными. Медь нетрудно узнать по характерному красноватому цвету. Медь довольно устойчива к коррозии.

Примеры применения

Проводники. Основное применение медь находит в чистом виде. Любые добавки снижают электропроводность, поэтому жила проводов обычно состоит из чистой меди.

Справочник по электротехнике материалы для всего: проводники - серебро, медь, алюминий.

Гибкие провода различного сечения.

Гибкие провода. Если проводники для стационарных установок в принципе могут быть изготовлены из любого металла, то гибкие проводники почти всегда изготавливаются только из меди, алюминий слишком хрупок для этих целей. Он содержит множество тонких медных проводников.

Теплоотводы. Медь не только проводит электричество на 56% лучше, чем алюминий, но и обладает почти вдвое большей теплопроводностью. Медь используется для изготовления тепловых труб, радиаторов и теплораспределительных пластин. Поскольку медь дороже алюминия, радиаторы часто изготавливаются в виде композитов: сердцевина из меди, а остальная часть из более дешевого алюминия.

Справочник по электротехнике материалы для всего: проводники - серебро, медь, алюминий.

Радиаторы охлаждения процессора. Центральное ядро выполнено из меди и отводит тепло от чипа процессора, а алюминиевый радиатор с развитыми ребрами охлаждает уже само ядро.

При изготовлении печатных плат из фольги. Печатные платы, используемые в каждом электронном устройстве, состоят из диэлектрической платы, на которую наклеена медная фольга. Все соединения между компонентами платы осуществляются с помощью дорожек из медной фольги.

Техника сверхвысокого вакуума. Из металлов и сплавов только нержавеющая сталь и медь подходят для сверхвысоковакуумных камер в таких устройствах, как ускорители частиц или рентгеновские спектрометры. Все остальные металлы слегка испаряются в вакууме и портят вакуум.

Аноды рентгеновских трубок. Рентгеноструктурный анализ требует монохроматического рентгеновского излучения. Его источником часто является облученная электронами медь (спектральная линия Cu Kα), которая к тому же является отличным теплоотводом. Если требуется другой тип излучения (Co или Fe), его получают из небольшого кусочка подходящего металла на массивном медном теплоотводе. Такие аноды всегда охлаждаются проточной водой.

Интересные факты о меди

Медь – довольно дорогой металл, поэтому недобросовестные производители стараются на нем экономить. В них занижено сечение проводов (когда написано 0,75 мм2, на самом деле это 0,11 мм2). В обмотках они красят алюминий “под медь”, обмотка выглядит как медная, но когда вы снимаете изоляцию, оказывается, что это алюминий. Этим грешат как китайские, так и местные производители, кабель 2,5 мм2 может оказаться 2,3 мм2, поэтому коэффициент безопасности и входной контроль не помешают. Конечно, надежность контакта сердечника площадью 2,3 мм2 , предназначенного для сердечника площадью 2,5 мм2 , будет низкой.

Медь окрашивает пламя в зеленый цвет, это свойство используется для обнаружения меди в руде, когда химический анализ недоступен. Зеленый след в пламени является индикатором присутствия меди. (Но не всегда, зеленая окраска пламени может быть вызвана ионами бора).

Справочник по электротехнике материалы для всего: проводники - серебро, медь, алюминий.

Медь – мягкий металл, но если к меди добавить не менее 10% олова, то получится твердый, пружинистый сплав – бронза. Именно освоение бронзы дало название исторической эпохе – бронзовый век. Добавление бериллия к меди позволяет получить бериллиевую бронзу – твердый эластичный сплав, который используется для изготовления пружинных контактов.

Медь – один из немногих мягких металлов с высокой температурой плавления, поэтому из меди изготавливают прокладки, например, для высокотемпературных или вакуумных применений. Например, прокладка пробки картера автомобильного двигателя.

При механической обработке (например, волочении) медь утолщается и становится жесткой. Чтобы вернуть первоначальную мягкость и пластичность, медь отжигают в защитной атмосфере, нагревая до 500-700°C и выдерживая в течение определенного периода времени. Именно поэтому некоторые изделия из меди твердые, а некоторые – мягкие, например, медные трубы.

Медь не производит искр. Искробезопасные инструменты, инструменты из стали с медным покрытием или инструменты из сплавов меди – бронзы, используются для работы во взрывоопасных зонах, например, на газопроводах. Если вы случайно ударите таким инструментом по стальной поверхности, это не вызовет опасных искр.

Поскольку температурный коэффициент сопротивления для чистой меди известен, термометры сопротивления изготавливаются из меди (тип TCM – медный термометр сопротивления, существует также TSP – платиновый термометр сопротивления). Термометр сопротивления – это прецизионный резистор, намотанный из медной проволоки. Измерив его сопротивление, можно достаточно точно определить его температуру по таблице или формуле.

Al – алюминий. Крылатый металл” занимает четвертое место по электропроводности после серебра, золота и меди.
Хотя алюминий проводит электричество лишь наполовину лучше меди, он в 3,4 раза легче и в три раза дешевле меди.
дешевле. И если вы рассчитаете проводимость, то эквивалентный медный проводник из
алюминий будет в 6,5 раз дешевле! Алюминий вытеснил бы медь в качестве проводника повсюду, если бы он не был
если бы не несколько его неприятных свойств, но это уже минус.

Чистый алюминий, как и чистое железо, почти никогда не используется в технике (за исключением
– проводов и фольги). Каждый “алюминиевый” предмет состоит из какого-либо алюминиевого сплава. Сплавы могут содержать кремний, магний, медь, цинк и другие металлы. Их свойства сильно различаются, и это необходимо учитывать при обработке. Ниже перечислены некоторые из наиболее распространенных марок алюминия:

1199. 99,99% чистого алюминия. Выпускается почти исключительно в виде фольги.

1050 и 1060. Чистота 99,5% и 99,6% соответственно. Благодаря высокой теплопроводности он иногда используется в качестве материала для радиаторов. Мягкие, легко гнутся. Провода, пищевая пленка, кухонная утварь.

Сплавы: 6061 и 6082 – Si 0,6%, Mg 1,0%, Cu 0,28%, 6082 – Si, Mg, Mn. Первый вариант более распространен в США, второй – в Европе. Он легко поддается токарной и фрезерной обработке. Лучший материал для самообработки. Сильные стороны. Легко сваривается, может паяться твердым припоем. Может быть анодирован. Трудно сгибается. Не подходит для литья.

6060 Состав: Mg, Si. Мягче, чем 6061 и 6082, несколько “пластилиновый” при резке, за что его не любят токари. Обычный и дешевый, не имеет других особых преимуществ. Дешевый алюминиевый профиль, изготовленный из неизвестного сплава, имеет все шансы оказаться таковым.

5083. магниевый сплав (>4% Mg). Отличная коррозионная стойкость, устойчивость к морской воде. Хороший выбор для деталей, которые должны быть устойчивы к дождю. Его также можно найти в магазинах строительных материалов, наряду с другими подобными марками.

44400, он же “силумин”. Сплав с высоким содержанием кремния (Si >8%). Марка литья. Низкая температура плавления, поэтому существует риск расплавления самой детали при пайке паяльными сплавами. Хрупкий, ломается при сгибании. При разрушении видны характерные кристаллы.

7075. 2,1-2,9% Mg, 5,1-6,1% Zn, 1,2-1,6% Cu. Очень своеобразный сплав, он даже отличается по цвету (оксидная пленка слегка золотистая). Удивительно твердый для алюминия, по твердости сопоставим с мягкой сталью. Плохое анодирование. Совсем не подходит для пайки. Не поддается сварке вообще. Невозможно согнуть или свернуть. Не подходит для литья. Очень хорошо затачивается путем резки и полировки. Хорошо подходит для критических деталей. Используется для болтов в велосипедах, в оружии (материал для многих деталей винтовки M16).

Относительно низкая температура плавления (660 °C для чистого алюминия, менее 600 °C для литых сплавов) означает, что его можно отливать в песчаных формах в условиях гаража/мастерской.
Относительно низкая температура плавления алюминия позволяет отливать детали в песчаных формах в условиях гаража/мастерской. Однако многие марки алюминия не подходят для литья.

Примеры применения

Провода. Алюминий дешев, поэтому из него выгодно делать толстые силовые кабели, LV-ABC и линии электропередач. В старых зданиях проводники в жилых домах выполнены с алюминиевыми жилами (с 2001 года электротехнический кодекс запрещает алюминиевые проводники в жилых домах, только медные – см. ПУЭ издание 7). 7.1.34) Также алюминий не используется в качестве проводника в критических приложениях.

Справочник по электротехнике материалы для всего: проводники - серебро, медь, алюминий.

Слева – старый алюминиевый провод. С правой стороны находятся алюминиевые провода различного сечения,
подходит для укладки в землю. В частности, кабель справа подключил к электричеству весь этаж здания. Кабель имеет внешнюю резиновую оболочку, а также стальную бронированную полосу для защиты изоляции под ней от повреждений, например, при копании лопатой.

Теплоотводы. Из алюминия изготавливаются не только бытовые батареи, но и теплоотводы
чипы, процессоры, изготовлены из алюминия.

Справочник по электротехнике материалы для всего: проводники - серебро, медь, алюминий.

Различные алюминиевые радиаторы.

Корпуса устройств. Корпус жесткого диска в компьютере отлит из алюминиевого сплава. Небольшая добавка кремния улучшает прочностные свойства алюминия, и кремниевый сплав используется для изготовления корпусов жестких дисков, бытовой техники, коробок передач и т.д.

Анодированный алюминий (алюминий с электрохимическим оксидным слоем
на поверхности толще и прочнее) хорошо окрашен и просто красив. Оксид
плёнка (Al2O3 – из того же вещества, что и рубины и сапфиры) довольно твердый и износостойкий, но, к сожалению, алюминий под ним мягкий и при сильном ударе трескается, как лед на воде.

Щиты. Электромагнитное экранирование часто изготавливается из алюминиевой фольги или тонкого алюминиевого листа. Вы можете провести простой эксперимент, мобильный телефон
завернутый в фольгу, потеряет свою сетку – он будет экранирован.

Отражающее покрытие на зеркалах. Тонкий слой алюминия на стекле отражает 89% падающего света (приблизительное значение, зависит от условий) (серебро – 98%, но темнеет на воздухе из-за соединений серы). Каждый лазерный принтер содержит вращающееся зеркало, покрытое тонким слоем алюминия.

Справочник по электротехнике материалы для всего: проводники - серебро, медь, алюминий.

Зеркала из оптической системы планшетного сканера. Обратите внимание, что оптические зеркала имеют металлизированное стекло снаружи, в отличие от обычных бытовых зеркал, где отражающее покрытие служит для защиты за стеклом. Бытовые зеркала дают двойное отражение – от поверхности стекла и от отражающего покрытия, которое в домашних условиях не так важно, как защита отражающего покрытия.

Электроды обкладки конденсатора. Часть электрических конденсаторов представляет собой алюминиевую фольгу, разделенную диэлектрическим слоем и плотно намотанную в цилиндр (однако для уменьшения размеров конденсаторов фольга заменяется алюминиевым покрытием). Тот факт, что слой оксида алюминия является тонким, прочным и непроводящим, используется в электролитических конденсаторах, которые имеют огромные электрические емкости для своих размеров.

Недостатки

Алюминий является активным металломно на воздухе он покрывается слоем оксида, который защищает металл от разрушения и скрывает его активную природу. Если не дать алюминию образовать устойчивый защитный слой, например, с помощью капли ртути, алюминий активно реагирует с водой. В щелочной среде алюминий растворяется, попробуйте налить алюминиевую фольгу на трубочист – реакция будет бурной, с выделением взрывоопасного водорода. Химическая активность алюминия в сочетании с большой разницей в электроотрицательности с медью делает невозможным прямое соединение проводников из этих двух металлов. В присутствии влаги (которая почти всегда присутствует в воздухе) начинается гальваническая коррозия, разрушающая алюминий.

Справочник по электротехнике материалы для всего: проводники - серебро, медь, алюминий.

Два одинаковых трансформатора от микроволновых печей. Левый вышел из строя из-за алюминиевой обмотки – перегорел провод от контакта – алюминий плохо паяется мягкими припоями, попытка обеспечить контакт так же, как медный провод, не удалась.

Алюминий – это страшно. Если алюминиевую проволоку сильно сжать, она деформируется
и сохраняет свою новую форму – это называется “пластической деформацией”. Если вы не сожмете его
настолько твердый, что не деформируется, но если оставить его под нагрузкой на длительное время, алюминий
начнет “ползти”, постепенно меняя форму. Это неприятное свойство сделает хорошо затянутый хомут
Хорошо затянутый зажим с алюминиевой проволокой постепенно ослабнет через 5-10-20 лет и будет
и постепенно ослабнет и не будет обеспечивать электрический контакт, как раньше. Это одна из причин, почему PUE
запрещает использование тонкого алюминиевого провода для распределения электроэнергии потребителям в
здания. Для промышленности не составляет труда обеспечить соблюдение правила – так называемого “вытаскивания
распределительное устройство, где электрик периодически проверяет затяжку всех клемм в распределительном устройстве. Однако дома, как правило, никто не заботится о качестве контакта, пока не сгорит розетка. А плохой контакт является причиной пожаров.

Алюминий менее пластичен, чем медьРиск задеть проводник лезвием при снятии изоляции провода приведет к его разрушению быстрее, чем в случае с медью, поэтому алюминиевые провода следует зачищать как карандаш, под углом, а не на конце.

Интересные факты об алюминии

Алюминий является хорошим восстановителем, который используется для восстановления других металлов, например, титана, из его диоксидного состояния. Теодор Грей (я очень рекомендую книги Теодора Грея “Элементы. Путеводитель по периодической таблице”, “Научные эксперименты с периодической таблицей”, “Эксперименты. Эксперименты с периодической таблицей”. Они очень хорошо сделаны визуально, а эксперименты в них не приторно безопасны, как в большинстве современных учебников, а могут пройти на ура.) проводили такие эксперименты дома. При смешивании с оксидом железа алюминиевая пудра образует термит – адскую смесь, которая раскаляется до 2400 °С, при этом железо восстанавливается и с него стекает веселка, которая используется для сварки рельсов, иначе такой кусок железа невозможно быстро и качественно нагреть. Термитные карандаши позволяют сваривать провода в полевых условиях, а отважный солдат спецназа может использовать термитный резак, чтобы поджечь петлю самого прочного замка.

Для придания пирогам мягкости и пушистости используется пекарский порошок. Тот же порошок используется для изготовления пористого бетона – алюминий + щелочь.

Алюминий – активный металл, но он быстро покрывается слоем оксида, который защищает его от разрушения. Рубин, сапфир, корунд – это названия одного и того же вещества – оксида алюминия Al2O3 Белые шлифовальные круги и шлифовальные камни изготавливаются из оксида алюминия, электрокорунда.

Активность алюминия можно проверить с помощью простого эксперимента. Положите алюминиевую фольгу в стакан, добавьте сульфат меди и поваренную соль, залейте холодной водой. Через некоторое время смесь закипит, алюминий окислится, уменьшая количество меди и выделяя тепло.

Алюминий хорошо подходит для экструзии. Корпуса приборов, изготовленные из экструдированных нарезанных и обработанных профилей, намного дешевле литых.

Справочник по электротехнике материалы для всего: проводники - серебро, медь, алюминий.

Алюминиевый корпус для внешнего аккумулятора телефона. Экструдированный профиль, анодированный, окрашенный.

Алюминий довольно средне справляется с мягкой пайкой (пайка оловянно-свинцовым припоем), неплохо справляется с пайкой цинком. При конструировании приборов стоит помнить, что проще соединить провод с алюминиевым шасси, вкрутив его в запрессованную стойку, чем паять. В твердых сортах алюминия (6061, 6082, 7075) можно нарезать прямую резьбу.

Алюминий можно сваривать аргоном, но только сварка TIG переменным током дает хороший шов. Постоянная смена полярности разрушает оксидный слой, который в противном случае попал бы в сварной шов. Учитывайте это при выборе сварочного аппарата для своей мастерской, если вам может понадобиться сваривать алюминий.

Опять же, важный момент. Алюминиевые и медные провода нельзя соединять напрямую! Для соединения медных и алюминиевых проводов используйте промежуточный металл, например, стальной зажим.

Источники поставок

В крупных магазинах DIY (OBI, Leroy Merlin, Castorama) обычно имеются алюминиевые профили различных размеров и форм. Хорошим источником может быть штампованная алюминиевая посуда – она очень дешевая и имеет разнообразные формы. Обратите внимание на рейтинги. Если вам нужна сталь 6061, не говоря уже о 7075, вам придется покупать ее у компании, специализирующейся на металлах. опубликовано econet.co.uk

Понравилась ли вам статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подписывайтесь на наш FB:

Рисунок 3: Эксперимент Стюарта-Толмана

Что такое электричество и как оно создается ⋆ diodov.net

Электроника – замечательная прикладная и теоретическая наука, которая с каждым днем набирает обороты, распространяется и внедряется во все отрасли промышленности. Его изучение следует начинать с самых общих понятий и физических процессов. Знание которых, в будущем, облегчит понимание принципов работы различных электронных устройств и оборудования. Первое понятие, которое мы должны усвоить, – что такое электричество?

Открытие электричества

Свойства электричества были впервые обнаружены более 2500 лет назад древним философом Фалесом Милетским, когда он натер янтарь шерстью.

Внимательный философ заметил, что мелкие предметы притягиваются к уже потертому драгоценному камню. Однако, согласно логике, сформированной на уровне знаний того времени, все предметы должны были притягиваться к земле, то есть падать на землю под действием силы тяжести.

Но янтарь, натертый шерстью, приобретал какое-то загадочное свойство, названное впоследствии зарядом, который создавал силу, превышающую земное притяжение. И эта сила была названа “электричеством”.

Поскольку слово “электрон” переводится с греческого как “янтарь”, электричество можно буквально перевести как янтарь.

В древности считалось, что только янтарь обладает каким-то таинственным свойством, способным при натирании шерстью притягивать легкие предметы, преодолевая силу земного притяжения. Однако сейчас такой эксперимент можно повторить довольно легко, взяв вместо камня пластиковую палочку и потерев ее об одежду с шерстью. Затем, когда вы поднесете натертую палочку близко к маленьким кусочкам бумаги, под действием электрических сил кусочки бумаги будут притягиваться к палочке.

Давайте извлечем из вышесказанного два важных момента:

  1. Только когда вы трете пластиковую палочку о шерсть, она приобретает определенные свойства.
  2. Полученные свойства приводят к возникновению силы, которая притягивает листы бумаги к палке.

Теперь мы четко знаем, на какие вопросы нужно ответить, чтобы понять, что такое электричество.

Давайте рассмотрим физику происходящего процесса. И первое, что нам нужно для анализа того, что происходит с веществом (в данном случае с пластиком и шерстью), – это знать о структуре каждого вещества. Мы заранее принимаем обобщения и упрощения, но они не должны искажать суть предмета.

Структура атома

Давайте начнем. Любое вещество, будь то дерево, камень, стекло или вода, состоит из более мелких элементов, называемых молекулами. Капля воды, например, состоит из множества отдельных молекул с хорошо известной химической формулой H2O. Молекула вещества может быть разделена на еще более мелкие частицы – например. атомы.

Когда-то считалось, что атом – это самая маленькая частица, встречающаяся в природе, и его нельзя разложить на более мелкие элементы. Именно поэтому слово “атом” переводится с древнегреческого как “неделимый”.

В настоящее время известно всего около сотни различных атомов, но они могут образовывать миллионы различных молекул и, соответственно, столько же различных веществ. Например, молекула воды H2O состоит из двух атомов водорода H и одного атома кислорода O.

Со временем, после многих кропотливых экспериментов, ученые пришли к выводу, что существуют еще более мелкие частицы.

Планетарная модель атома

Ядро считается центральным и самым тяжелым элементом атома. Вокруг ядра электроны движутся по различным орбитам на разных расстояниях. Ядро не является полноценным элементом, а состоит из протонов и нейтронов.

Электроны имеют отрицательный заряд, а протоны – положительный. Нейтрон не проявляет свойств ни одного из зарядов, то есть он нейтрален, отсюда и его название.

Для упрощения некоторых процессов была использована планетарная модель атома. По аналогии с Солнцем, вокруг которого вращаются планеты, в атоме электроны движутся вокруг ядра. Но электрон – это не какая-то компактная частица, а россыпь энергии, рассеянная в пространстве подобно сплющенной шаровой молнии.

Масса протона примерно в 2000 раз больше массы электрона. Но суммарный положительный электрический заряд всех протонов равен суммарному отрицательному заряду всех электронов. Поэтому в нормальных условиях (по умолчанию) атом электрически нейтрален, и никакие силы не ощущаются вне его. Положительные и отрицательные заряды нейтрализуют друг друга.

В периодической таблице химических элементов, известной нам как Периодическая таблица элементов, все атомы расположены в строгом порядке от самого легкого до самого тяжелого, в соответствии со значением их относительной атомной массы, большую часть которой составляют протоны. Нейтроны также имеют массу, но мы не будем говорить о них, поскольку они не имеют видимого электрического заряда.

Водород – самый легкий химический элемент, поэтому он занимает первое место в таблице Менделеева. Атом водорода имеет один протон и один электрон. Другие химические элементы имеют несколько протонов в ядре. А электроны движутся вокруг ядра по нескольким орбитам.

Чем ближе электрон к ядру, тем сильнее он притягивается к протону. Электроны на самых удаленных орбитах имеют самую слабую электрическую связь с протонами.

Если атому придать внешнюю энергию, например, нагреть его, то под воздействием избыточной энергии электрон может покинуть свою орбиту и, следовательно, атом.

Однако электрон может не только покинуть свой атом, но и занять место на орбите другого атома. Те электроны, которые находятся на самой дальней орбите от ядра, имеют практическое применение в электронике, поскольку они могут легко покинуть свою орбиту и стать свободными при наличии дополнительной энергии. А свободный электрон уже может выполнять полезную работу, когда он движется.

Положительные и отрицательные ионы

Как мы уже отмечали, атом по умолчанию электрически нейтрален: положительные и отрицательные заряды равны и компенсируют друг друга. Но как только хотя бы один электрон покидает свое место в атоме, суммарный положительный электрический заряд протонов перевешивает отрицательный заряд всех остальных электронов, поэтому такой атом в целом обладает свойством положительного заряда и называется положительный ион.

Если атом получает дополнительный электрон, он будет иметь преобладающий отрицательный заряд. В этом случае атом называется отрицательный ион.

Следует отметить, что положительный или отрицательный заряд будет иметь не только атом, но и молекула, а значит, и вещество, которое содержит атом.

Электрификация

Процесс приобретения дополнительного электрона или, наоборот, потери электрона называется электрификация. Если тело имеет избыток или недостаток электронов, т.е. выраженный заряд любого знака, то говорят, что оно наэлектризовано.

Экспериментально установлено, что заряды одного знака отталкиваются друг от друга, а заряды разных знаков притягиваются. Подобный эксперимент можно повторить следующим очень знакомым способом: подвесить на нити два металлических шарика, которые изначально имеют нейтральный заряд. Затем придайте одному шарику положительный заряд, а другому – отрицательный. В результате шарики будут притягиваться друг к другу. Если двум шарам придать заряд одинакового знака, они будут отталкиваться друг от друга.

Теперь пришло время вернуться к нашему эксперименту по натиранию пластиковой ваты на палочке. Когда пластик трется, в результате сил трения электроны в атомах шерсти получают определенную энергию, под воздействием которой они покидают свои атомы и занимают место на орбитах атомов пластика. В результате пластиковая палочка заряжается отрицательно, благодаря избытку электронов из шерсти.

Когда стеклянную палочку натирают шелком, происходит обратное. Электроны из поверхностного слоя стекла покидают палочку. В этом случае стеклянный стержень приобретает положительный заряд, перевешивающий суммарный заряд протонов.

Поэтому изменение числа электронов в верхних слоях этих материалов при трении называется электрификация за счет трения.

Следует отметить, что только очень небольшая часть атомов отдает свои электроны в результате трения. Даже если мы скажем, что одна миллиардная часть атома остается без электронов на своей внешней орбите, это все равно будет слишком большим преувеличением, так что масса наэлектризованных тел остается практически неизменной.

Следует также отметить, что электроны нигде не возникают и никуда не уходят, а только переходят от атомов одного тела к атомам другого тела.

В нашем эксперименте мы использовали стекло, пластик, шерсть и шелк. Электроны проходят через эти материалы очень плохо, поэтому они являются хорошими диэлектриками – материалами, которые, в отличие от проводников, очень плохо проводят электричество.

Серебро – дорогой металл и мало применяется в электротехнике, но медь используется в огромных количествах для изготовления проводов, кабелей, шин и других электротехнических изделий. Электропроводность алюминия в 1,7 раза ниже, чем у меди, поэтому алюминий используется в электротехнике реже, чем медь.

Классификация материалов по их способности проводить электричество

Когда электричество вошло в нашу жизнь, мало кто знал о его свойствах и параметрах, а в качестве проводников использовались различные материалы, было заметно, что при одном и том же напряжении источника тока, на приемнике присутствовало разное значение напряжения. Понятно, что на это влияет тип материала, используемого в качестве проводника. Когда ученые рассмотрели эту проблему, они пришли к выводу, что носителями заряда в материале являются электроны. А способность проводить электричество определяется наличием свободных электронов в материале. Они обнаружили, что некоторые материалы имеют большое количество таких электронов, а другие – ни одного. Следовательно, есть материалы, которые хорошо проводят электричество, а другие – нет.
Исходя из этого, все материалы были разделены на три группы:

Каждая из этих групп нашла широкое применение в электротехнике.

Проводники

Проводники это материалы, которые хорошо проводят электричество и используются в проводах, кабелях, контактных проводах, обмотках, шинах, проводниках и шинах. Подавляющее большинство электрооборудования и аппаратуры изготавливается из токопроводящих материалов. Мало того, без этих веществ не могла бы существовать вся электроэнергетика. В группу проводников входят все металлы, некоторые жидкости и газы.

Стоит также отметить, что среди проводников есть сверхпроводники, сопротивление которых практически равно нулю, такие материалы очень редки и дороги. И проводники с высоким сопротивлением – вольфрам, молибден, нихром и т.д. Такие материалы используются для изготовления резисторов, нагревательных элементов и катушек лампочек.

Однако львиная доля электротехнической промышленности принадлежит обычным проводникам: меди, серебру, алюминию, стали и различным сплавам этих металлов. Эти материалы нашли самое широкое и большое применение в электротехнике, особенно медь и алюминий, поскольку они относительно дешевы и их использование в качестве проводников электричества наиболее приемлемо. Даже медь имеет ограниченное применение; она используется для обмотки проводов, многожильного провода и более сложных применений, а медные шинные провода встречаются еще реже. С другой стороны, алюминий считается королем электрических проводников, хотя он имеет более высокое удельное сопротивление, чем медь, но это компенсируется его очень низкой стоимостью и устойчивостью к коррозии. Он широко используется в энергетике, кабельной продукции, воздушных линиях, шинопроводах, обычных проводниках и т.д.

Полупроводники

ПолупроводникиЧто-то среднее между проводниками и полупроводниками. Их основная характеристика – зависимость от электрической проводимости при внешних условиях. Ключевым условием является наличие в материале различных примесей, которые позволяют им проводить электричество. Также при определенном расположении двух полупроводниковых материалов. Эти материалы были использованы для производства многих полупроводниковых приборов: диодов, светоизлучающих диодов, транзисторов, полупроводниковые приборы, полупроводники, тиристоры, стабилизаторы, различные микросхемы. Существует целая наука, посвященная полупроводникам и устройствам на их основе: электроника. Все компьютеры, мобильные устройства. Более того, практически все наши технологии содержат полупроводниковые компоненты.

К полупроводниковым материалам относятся: кремний, германий, графит, графен, индий и т.д.

Диэлектрики

Однако к последней группе материалов относятся диэлектрикиЭто вещества, которые не способны проводить электричество. К ним относятся древесина, бумага, воздух, нефть, керамика, стекло, пластмассы, полиэтилен, ПВХ, резина и т.д. Диэлектрики широко используются благодаря своим свойствам. Они используются в качестве изоляционного материала. Они защищают две токоведущие части от контакта друг с другом и предотвращают прямой контакт человека с этими частями. Роль диэлектриков в электротехнике не менее важна, чем роль проводников, поскольку они обеспечивают стабильную и безопасную работу всего электрического и электронного оборудования. Все диэлектрики имеют определенный предел, до которого они не могут проводить электричество, это называется напряжением пробоя. Это точка, в которой диэлектрик начинает проводить электричество, выделяется тепло и разрушается сам диэлектрик. Это значение напряжения пробоя различно для каждого диэлектрического материала и приводится в справочных материалах. Чем он выше, тем лучше считается диэлектрик, тем он надежнее.

Параметром, описывающим способность проводить электрический ток, является удельное сопротивление Rединица измерения [ом] и проводимость, обратная величина сопротивления. Чем выше этот параметр, тем хуже материал проводит электричество. Для проводников он варьируется от нескольких десятых до сотых долей ома. Диэлектрики имеют сопротивление до десятков миллионов Ом.

Все три типа материалов широко используются в электротехнике и электротехнологиях. Они также тесно связаны друг с другом.

Читайте далее:
Сохранить статью?