Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Удельная проводимость металлов таблица

Удельная проводимость металлов таблица

Удельная проводимость металлов таблицаКак нам известно из закона Ома, ток на участке цепи находится в следующей зависимости: I=U/R. Закон был выведен в результате серии экспериментов немецким физиком Георгом Омом в XIX веке. Он заметил закономерность: сила тока на каком-либо участке цепи прямо зависит от напряжения, которое к этому участку приложено, и обратно – от его сопротивления.

Позже было установлено, что сопротивление участка зависит от его геометрических характеристик следующим образом: R=ρl/S,

где l- длина проводника, S – площадь его поперечного сечения, а ρ – некий коэффициент пропорциональности.

Таким образом, сопротивление определяется геометрией проводника, а также таким параметром, как удельное сопротивление (далее – у. с.) – так назвали этот коэффициент. Если взять два проводника с одинаковым сечением и длиной и поставить их в цепь по очереди, то, измеряя силу тока и сопротивление, можно увидеть, что в двух случаях эти показатели будут разными. Таким образом, удельное электрическое сопротивление – это характеристика материала, из которого сделан проводник, а если быть еще более точным, то вещества.

Проводимость и сопротивление

У.с. показывает способность вещества препятствовать прохождению тока. Но в физике есть и обратная величина — проводимость. Она показывает способность проводить электрический ток. Выглядит она так:

σ=1/ρ, где ρ – это и есть удельное сопротивление вещества.

Если говорить о проводимости, то она определяется характеристиками носителей зарядов в этом веществе. Так, в металлах есть свободные электроны. На внешней оболочке их не больше трех, и атому выгоднее их "отдать", что и происходит при химических реакциях с веществами из правой части таблицы Менделеева. В ситуации же, когда мы располагаем чистым металлом, он имеет кристаллическую структуру, в которой эти наружные электроны общие. Они-то и переносят заряд, если приложить к металлу электрическое поле.

В растворах носителями заряда являются ионы.

Если говорить о таких веществах, как кремний, то по своим свойствам он является полупроводником и работает несколько по иному принципу, но об этом позже. А пока разберемся, чем же отличаются такие классы веществ, как:

Проводники и диэлектрики

Есть вещества, которые ток почти не проводят. Они называются диэлектриками. Такие вещества способны поляризоваться в электрическом поле, то есть их молекулы могут поворачиваться в этом поле в зависимости от того, как распределены в них электроны. Но поскольку электроны эти не являются свободными, а служат для связи между атомами, ток они не проводят.

Проводимость диэлектриков почти нулевая, хотя идеальных среди них нет (это такая же абстракция, как абсолютно черное тело или идеальный газ).

Условной границей понятия «проводник» является ρ

Удельное сопротивление металлов является мерой их свойства противодействовать прохождению электрического тока. Эта величина выражается в Ом-метр (Ом⋅м). Символ, обозначающий удельное сопротивление, является греческая буква ρ (ро). Высокое удельное сопротивление означает, что материал плохо проводит электрический заряд.

Удельное сопротивление

Удельное электрическое сопротивление определяется как отношение между напряженностью электрического поля внутри металла к плотности тока в нем:
Удельная проводимость металлов таблица

где:
ρ — удельное сопротивление металла (Ом⋅м),
Е — напряженность электрического поля (В/м),
J — величина плотности электрического тока в металле (А/м2)

Если напряженность электрического поля (Е) в металле очень большая, а плотность тока (J) очень маленькая, это означает, что металл имеет высокое удельное сопротивление.

Обратной величиной удельного сопротивления является удельная электропроводность, указывающая, насколько хорошо материал проводит электрический ток:

Удельная проводимость металлов таблица

σ — проводимость материала, выраженная в сименс на метр (См/м).

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.

Читайте так же:
Расчет сварочного трансформатора для полуавтомата

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

  • Чем длиннее и тоньше труба, тем больше будет оказано сопротивление воде.
  • Труба, заполненная песком, будет больше оказывать сопротивление воде, нежели труба без песка

Удельная проводимость металлов таблица

Сопротивление провода

Величина сопротивления провода зависит от трех параметров: удельного сопротивления металла, длины и диаметра самого провода. Формула для расчета сопротивления провода:

Удельная проводимость металлов таблица
где:
R — сопротивление провода (Ом)
ρ — удельное сопротивление металла (Ом.m)
L — длина провода (м)
А — площадь поперечного сечения провода (м2)

Удельная проводимость металлов таблица

В качестве примера рассмотрим проволочный резистор из нихрома с удельным сопротивлением 1.10×10-6 Ом.м. Проволока имеет длину 1500 мм и диаметр 0,5 мм. На основе этих трех параметров рассчитаем сопротивление провода из нихрома:

R=1,1*10 -6 *(1,5/0,000000196) = 8,4 Ом

Нихром и константан часто используют в качестве материала для сопротивлений. Ниже в таблице вы можете посмотреть удельное сопротивление некоторых наиболее часто используемых металлов.

Удельная проводимость металлов таблица

Поверхностное сопротивление

Величина поверхностного сопротивления рассчитывается таким же образом, как и сопротивление провода. В данном случае площадь сечения можно представить в виде произведения w и t:

Удельная проводимость металлов таблица
Для некоторых материалов, таких как тонкие пленки, соотношение между удельным сопротивлением и толщиной пленки называется поверхностное сопротивление слоя RS:
Удельная проводимость металлов таблица
где RS измеряется в омах. При данном расчете толщина пленки должна быть постоянной.

Удельная проводимость металлов таблица

Часто производители резисторов для увеличения сопротивления вырезают в пленке дорожки, чтобы увеличить путь для электрического тока.

Свойства резистивных материалов

Удельное сопротивление металла зависит от температуры. Их значения приводится, как правило, для комнатной температуры (20°С). Изменение удельного сопротивления в результате изменения температуры характеризуется температурным коэффициентом.

Например, в термисторах (терморезисторах) это свойство используется для измерения температуры. С другой стороны, в точной электронике, это довольно нежелательный эффект.
Металлопленочные резисторы имеют отличные свойства температурной стабильности. Это достигается не только за счет низкого удельного сопротивления материала, но и за счет механической конструкции самого резистора.

Много различных материалов и сплавов используются в производстве резисторов. Нихром (сплав никеля и хрома), из-за его высокого удельного сопротивления и устойчивости к окислению при высоких температурах, часто используют в качестве материала для изготовления проволочных резисторов. Недостатком его является то, что его невозможно паять. Константан, еще один популярный материал, легко паяется и имеет более низкий температурный коэффициент.

Под удельной проводимостью металлов (еще ее называют удельной электропроводностью) подразумевают способность металла проводить электрический ток (измеряется в Ом/м). Несмотря на то, что все металлы являются проводниками, некоторые из них проводят электрический ток лучше, некоторые – хуже.

Ниже приведена удельная проводимость некоторых металлов и сплавов при температуре 20 °C:

Алюминий – 37 000 000

Вольфрам – 18 200 000

Железо чистое – 10 000 000

Золото – 45 500 000

Иридий – 21 100 000

Константан – 2 000 000

Магний – 22 700 000

Манганин – 2 330 000

Медь – 58 100 000

Молибден – 18 500 000

Нейзильбер – 3 030 000

Никель – 11 500 000

Нихром – 893 000

Олово – 8 330 000

Платина – 9 350 000

Ртуть – 1 040 000

Свинец – 4 810 000

Серебро – 62 500 000

Сталь литая – 7 690 000

Цинк – 16 900 000

Удельная проводимость металлов таблицаМедь

&nbsp&nbsp Вопросы и ответы
Удельная проводимость металлов таблицаЧасто во время осуществления сварки или пайки металлов и их сплавов возникают неожиданные проблемы. О многих из них мы и поговорим в разделе «вопросы и ответы»

Перейти в раздел >>

&nbsp&nbsp Технологии работ
Удельная проводимость металлов таблица
Удельная проводимость металлов таблицаКак производится закалка и отпуск стали

Удельная проводимость металлов таблицаСпособы резки металла под водой

Удельная проводимость металлов таблицаСварка угловых и тавровых соединений

Удельная проводимость металлов таблица
Удельная проводимость металлов таблицаОбслуживание и уход за сварочным оборудованием

Удельная проводимость металлов таблицаСварочные генераторы постоянного тока

Удельная проводимость металлов таблицаХарактеристики источников питания

Удельная проводимость металлов таблицаЭлектрошлаковая сварка углеродистых сталей

Удельная проводимость металлов таблицаЭмалирование металлов – технология, которая позволяет наносить на поверхность изделий из стали специальный защитный слой, отличающийся великолепными эстетическими свойствами.
Удельная проводимость металлов таблица
Удельная проводимость металлов таблицаТехнология производства покрытых электродов

Удельная проводимость металлов таблицаЭлектроды для дуговой сварки, наплавки, резки

Удельная проводимость металлов таблицаГазоэлектрическая сварка в среде углекислого газа

Удельная проводимость металлов таблицаСамоходные однодуговые сварочные головки

Удельная проводимость металлов таблицаЭлектрическая сварочная дуга и ее свойства

Электропроводность веществ

Электропроводность веществВ этой статье раскроем тему электропроводности, вспомним о том, что такое электрический ток, как он связан с сопротивлением проводника и соответственно с его электропроводностью. Отметим основные формулы для вычисления данных величин, коснемся темы скорости тока и ее связи с напряженностью электрического поля. Также затронем связь электрического сопротивления и температуры.

Читайте так же:
Перфоратор бош не держит бур

Для начала вспомним о том, что же такое электрический ток. Если поместить вещество во внешнее электрическое поле, то под действием сил со стороны этого поля, в веществе начнется движение элементарных носителей заряда — ионов или электронов. Это и будет электрическим током. Сила тока I измеряется в амперах, и один ампер — это ток, при котором через поперечное сечение проводника протекает за секунду заряд, равный одному кулону.

Электрический ток

Ток бывает постоянным, переменным, пульсирующим. Постоянный ток не меняет своей величины и направления в каждый конкретный момент времени, переменный ток с течением времени меняет свои величину и направление (генераторы переменного тока и трансформаторы дают именно переменный ток), пульсирующий ток меняет свою величину, но не меняет направления (например выпрямленный переменный ток является пульсирующим).

электропроводность материалов

Вещества имеют свойство проводить электрический ток под действием электрического поля, и это свойство называется электропроводностью, которая у разных веществ различна. Электропроводность веществ зависит от концентрации в них свободных заряженных частиц, то есть ионов и электронов, не связанных ни с кристаллической структурой, ни с молекулами, ни с атомами данного вещества. Так, в зависимости от концентрации в веществе свободных носителей заряда, вещества по степени электропроводности подразделяются на: проводники, диэлектрики и полупроводники.

Электропроводность электролитов

Наиболее высокой электропроводностью обладают проводники электрического тока, и по физической природе, проводники в природе представлены двумя родами: металлами и электролитами. В металлах ток обусловлен перемещением свободных электронов, то есть проводимость у них электронная, а в электролитах (в растворах кислот, солей, щелочей) — перемещением ионов — частей молекул, имеющих положительный и отрицательный заряд, то есть проводимость у электролитов ионная. Ионизированные пары и газы отличаются смешанной проводимостью, в них ток обусловлен движением и электронов и ионов.

Электронная теория отлично объясняет высокую электропроводность металлов. Связь валентных электронов с их ядрами в металлах слаба, потому эти электроны свободно перемещаются от атома к атому по объему проводника.

Получается, что свободные электроны в металлах заполняют пространство между атомами подобно газу, электронному газу, и находятся в хаотичном движении. Но при внесении металлического проводника в электрическое поле, свободные электроны станут двигаться упорядоченно, они переместятся по направлению к положительному полюсу, чем создадут ток. Таким образом, упорядоченное движение свободных электронов в металлическом проводнике называется электрическим током.

Известно, что скорость распространения электрического поля в пространстве примерно равна 300000000 м/с, то есть скорости света. Это та же скорость, с которой ток проходит по проводнику.

Что это значит? Это не значит, что каждый электрон в металле движется с такой огромной скоростью, электроны в проводнике напротив — имеют скорость от нескольких миллиметров в секунду до нескольких сантиметров в секунду, в зависимости от напряженности электрического поля, а вот скорость распространения электрического тока по проводнику как раз равна скорости света.

Все дело в том, что каждый свободный электрон оказывается в общем электронном потоке того самого «электронного газа», и во время прохождения тока, электрическое поле оказывает действие на весь этот поток, в итоге электроны непрерывно друг другу передают это действие поля — от соседа к соседу.

Но движутся электроны на своих местах очень медленно, несмотря на то, что скорость распространения электрической энергии по проводнику оказывается огромной. Так, когда на электростанции включают рубильник, ток мгновенно возникает во всей сети, а электроны при этом практически стоят на местах.

Свободные электроны

Однако, когда свободные электроны движутся по проводнику, они испытывают многочисленные столкновения на своем пути, они сталкиваются с атомами, ионами, молекулами, передавая им часть своей энергии. Энергия движущихся электронов, преодолевающих такое сопротивление, частично рассеивается в виде тепла, и проводник нагревается.

Эти столкновения служат сопротивлением движению электронов, потому свойство проводника препятствовать движению заряженных частиц и называют электрическим сопротивлением. При малом сопротивлении проводника проводник нагревается током слабо, при значительном — намного сильнее, и даже до бела, этот эффект применяется в нагревательных приборах и в лампах накаливания.

Электрический ток

Единица изменения сопротивления — Ом. Сопротивление R = 1 Ом — это сопротивление такого проводника, при прохождении по которому постоянного тока в 1 ампер, разность потенциалов на концах проводника равна 1 вольту. Эталон сопротивления в 1 Ом — столб ртути высотой 1063 мм, сечением 1 кв.мм при температуре 0°С.

Читайте так же:
Сопротивление открытого биполярного транзистора

Электропроводность — это способность проводника проводить электрический ток

Поскольку проводникам характерно электрическое сопротивление, то можно сказать, что в какой-то степени проводник способен проводить электрический ток. В связи с этим введена величина, называемая проводимостью или электропроводностью. Электропроводность — это способность проводника проводить электрический ток, то есть величина, обратная электрическому сопротивлению.

Единица измерения электропроводности G (проводимости) — Сименс (См), и 1 См = 1/(1 Ом). G = 1/R.

Удельная электропроводность и удельное сопротивление металлов

Так как атомы различных веществ в разной степени препятствуют прохождению электрического тока, то и электрическое сопротивление у различных веществ разное. По этой причине введено понятие удельное электрическое сопротивление, величина которого «р» характеризует проводящие свойства того или иного вещества.

Удельное электрическое сопротивление измеряется в Ом*м, то есть сопротивление куба вещества с ребром в 1 метр. Таким же образом электропроводность вещества характеризуется удельной электропроводностью ?, измеряемой в См/м, то есть проводимость куба вещества с ребром в 1 метр.

Электропроводность проводящих материалов

Сегодня проводящие материалы в электротехнике используют в основном в виде лент, шин, проволок, с определенной площадью поперечного сечения и определенной длины, но не в виде метровых кубов. И для более удобных расчетов электрического сопротивления и электропроводности проводников конкретных размеров были введены более приемлемые единицы измерения как для удельного электрического сопротивления, так и для удельной электропроводности. Ом*мм2/м — для удельного сопротивления, и См*м/мм2 — для удельной электропроводности.

Теперь можно говорить, что удельное электрическое сопротивление и удельная электропроводность характеризуют проводящие свойства проводника площадью поперечного сечения в 1 кв.мм, длиной в 1 метр при температуре 20°C, это более удобно.

Лучшей электропроводностью обладают такие металлы как: золото, медь, серебро, хром, алюминий. Сталь и железо проводят ток хуже. Чистые металлы всегда обладают лучшей электропроводностью, чем их сплавы, поэтому чистая медь в электротехнике предпочтительней. Если нужно специально высокое сопротивление, то используют вольфрам, нихром, константан.

Зная величину удельного электрического сопротивления или удельной электропроводности, можно легко вычислить сопротивление или электропроводность конкретного проводника, изготовленного из данного материала, приняв в расчет длину l и площадь поперечного сечения S этого проводника.

Электропроводность и электрическое сопротивление всех материалов зависит от температуры , поскольку частота и амплитуда тепловых колебаний атомов кристаллической решетки с ростом температуры так же возрастает, соответственно возрастает и сопротивление электрическому току, потоку электронов.

При понижении температуры — наоборот, колебания атомов кристаллической решетки становятся меньше, сопротивление уменьшается (возрастает электропроводность). У одних веществ зависимость сопротивления от температуры выражена слабее, у других — сильнее. Например такие сплавы как константан, фехраль и манганин слабо меняют удельное сопротивление в определенном интервале температур, поэтому из них делают термостабильные резисторы.

Температурный коэффициент сопротивления ? позволяет вычислить для конкретного материала приращение его сопротивления при определенной температуре, и численно характеризует относительное приращение сопротивления при увеличении температуры на 1 °С.

Зная температурный коэффициент сопротивления и приращение температуры, можно легко вычислить удельное сопротивление вещества при заданной температуре.

Кристаллография, 2020, T. 65, № 4, стр. 640-643

Исследованы зависимости удельного электросопротивления металлсодержащих нанокомпозитных пленок с наночастицами молибдена, гафния, хрома, ванадия, вольфрама и тантала от концентрации вводимых металлов. Установлен рост удельной проводимости алмазоподобных пленок (АПП) с ростом содержания в них металла. В зависимости от вводимого металла концентрационные зависимости электропроводности АПП ведут себя различным образом. Изучено влияние воздействия высоких плотностей тока на электрические свойства АПП. Выявлена высокая стабильность их сопротивления во времени. Установлено, что АПП обладают отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Даны рекомендации использовать АПП с низким содержанием металлсодержащей фазы и высоким удельным сопротивлением в датчиках температуры, а низкоомные АПП в качестве резистивных материалов.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время создаваемые с помощью нанотехнологических процессов алмазоподобные пленки (АПП) на основе полифенилметилсилоксана (ПФМС) с металлсодержащими кластерами являются новыми перспективными материалами. Они имеют ряд преимуществ: относительную легкость синтезирования, высокие адгезионные и механические характеристики, управляемые электрические параметры, а также устойчивость к агрессивным средам. Все это обусловливает перспективность их использования в качестве различных функциональных покрытий. Практическое применение данных пленок требует установления связей между условиями синтеза, формируемой структурой и физическими свойствами нанокомпозитов.

С этой целью в работе была исследована электропроводность металлсодержащих нанокомпозитов с концентрацией нанофазы до порога перколяции, а также воздействие высоких плотностей тока на электрические свойства металлсодержащих кремний-углеродных пленок.

МЕТОДИКИ И МАТЕРИАЛЫ

Пленки металлсодержащих нанокомпозитов получали методом одновременного осаждения в вакууме из двух разнородных источников, из магнетрона закрытого типа и плазмотрона, активируемого вольфрамовым катодом [1]. В качестве прекурсора Ме использовали мишени из чистого Ме (молибден, гафний, хром, ванадий, вольфрам, тантал) (99.99%), прекурсором для плазмотрона служили пары силоксановой жидкости ПФМС-2/5 Л (метилфенилсилоксан). Процесс осаждения проводили в атмосфере аргона. Скорость роста составляла 1 мкм/ч, таким образом получали пленки толщиной 3–5 мкм. Толщину исследуемых пленок измеряли профилографом-профилометром с точностью 0.01 мкм. Варьирование содержания металлической нанофазы достигалось расположением подложек на подложкодержателе на разных расстояниях от плазмо-трона и магнетрона, так что содержание Me изменялось от 4 до 58 ат. %. Для определения содержания металла в составе полученных нанокомпозитов применяли метод рентгенофлуоресцентной спектроскопии с использованием установки Lab Center XRF-1800 [2]. Для количественного анализа в качестве эталонов использованы металлические пленки. Массу пленок определяли весовым методом с точностью 0.01 мг.

Читайте так же:
Насосные установки повышения давления

В настоящей работе проводили исследование зависимости удельного электросопротивления пленок нанокомпозитов на основе ПФМС от концентрации вводимых металлов. Для этого осуществляли анализ вольт-амперных характеристик (ВАХ) образцов, снятых с помощью платформы NIElvisII+ фирмы National Instruments, оснащенной встроенным анализатором ВАХ двухполюсников. Съемку ВАХ выполняли при температуре 25°C. Для обработки экспериментальных ВАХ был создан блокнот в программе Maple, позволяющий выявлять область ВАХ, для которой выполняется закон Ома, и определять сопротивления на линейном участке ВАХ с помощью метода наименьших квадратов.

Кроме того, в работе изучено влияние воздействия высоких плотностей тока на электрические свойства АПП. Исследования последних лет показывают, что АПП могут с успехом применяться в качестве материала для тонкопленочных резисторов гибридных интегральных схем (ГИС). Характерный диапазон рабочих температур этих изделий составляет от –60 до +125°С. Он обусловлен рабочими температурами полупроводниковых приборов на основе кремния, входящих в состав ГИС. Поэтому для изучения воздействия высоких плотностей тока на электрические свойства АПП выбрана температура, соответствующая верхней границе диапазона рабочих температур ГИС.

Для исследования воздействия высоких плотностей тока был изготовлен образец, представляющий собой планарный пленочный резистор на ситалловой подложке, в котором между двумя металлическими контактами располагался участок пленки размером 11 × 3 мм и толщиной 0.5 мкм. Состав изготовленного образца (19.9 ат. % Mo) соответствовал порогу перколяции.

Использованная в настоящей работе методика аналогична методике, описанной в [3]. В проведенном эксперименте через образец пропускали постоянный ток, приводивший к нагреванию пленки. При этом на протяжении заданного времени непрерывно регистрировали информацию о сопротивлении и температуре образца.

Для проведения испытаний на устойчивость к высоким плотностям тока исследуемых образцов была собрана электрическая принципиальная схема, представляющая собой приставку к многофункциональной платформе NIElvisII+ фирмы “National Instruments”. В ходе эксперимента пленку разогревали до температуры, при которой образец выдерживали под током от 1 до 1.5 ч. Затем напряжение снимали, образец остывал, и запись данных в файл прекращали. При известных значениях напряжения на образце и тока, протекающего через него, можно определить сопротивление образца, плотность тока, а также мощность, выделяемую образцом в каждый момент времени.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Из анализа ВАХ, измеренных для всех исследуемых образцов, определена их удельная электропроводность. При этом в некоторых случаях отмечена нелинейность ВАХ, сильнее проявляющаяся для образцов с небольшим количеством металлсодержащей фазы. Установлено, что при увеличении концентрации металла в образце вид ВАХ приближается к линейному. Значение электропроводности АПП без металлической фазы имеет величину 10 –6 Ом –1 см –1 при комнатной температуре. Значения электропроводности образцов АПП с наночастицами на основе различных металлов в зависимости от их концентрации представлены в табл. 1–5.

Электропроводность металлов

Классическая теория электропроводности металлов зародилась в начале ХХ века. ЕЕ основоположником стал немецкий физик Карл Рикке. Он опытным путем установил, что прохождение заряда через металл не сопряжено с переносом атомов проводника, в отличие от жидких электролитов. Однако это открытие не объяснило, что именно является носителем электрических импульсов в структуре металла.

Ответить на это вопрос позволили опыты ученых Стюарта и Толмена, проведенные в 1916 году. Им удалось установить, что за перенос электричества в металлах отвечают мельчайшие заряженные частицы — электроны. Это открытие легло в основу классической электронной теории электропроводности металлов. С этого момента началась новая эпоха исследований металлических проводников. Благодаря полученным результатам мы сегодня имеем возможность пользоваться бытовыми приборами, производственным оборудованием, станками и многими другими устройствами.

Как отличается электропроводность разных металлов?

Электронная теория электропроводности металлов получила развитие в исследованиях Паулю Друде. Он сумел открыть такое свойство как сопротивление, которое наблюдается при прохождении электрического тока через проводник. В дальнейшем это позволит классифицировать разные вещества по уровню проводимости. Из полученных результатов легко понять, какой металл подойдет для изготовления того или иного кабеля. Это очень важный момент, так как неправильно подобранный материал может стать причиной возгорания в результате перегрева от прохождения тока избыточного напряжения.

Читайте так же:
Оборудование для изготовления древесного угля

Наибольшей электропроводностью обладает металл серебро. При температуре +20 градусов по Цельсию она составляет 63,3*104 сантиметров-1. Но изготавливать проводку из серебра очень дорого, так как это довольно редкий металл, который используется в основном для производства ювелирных и декоративных украшений или инвестиционных монет.

Серебро

Металл, обладающий самой высокой электропроводностью среди всех элементов неблагородной группы — медь. Ее показатель составляет 57*104 сантиметров-1 при температуре +20 градусов по Цельсию. Медь является одним из наиболее распространенных проводников, которые используются в бытовых и производственных целях. Она хорошо выдерживает постоянные электрические нагрузки, отличается долговечностью и надежностью. Высокая температура плавления позволяет без проблем работать долгое время в нагретом состоянии.

Медь

По распространенности с медью может конкурировать только алюминий, который занимает четвертое место по электропроводности после золота. Он используется в сетях с невысоким напряжением, так как имеет почти вдвое меньшую температуру плавления, чем медь, и не способен выдерживать предельные нагрузки. С дальнейшим распределением мест можно ознакомиться, взглянув на таблицу электропроводности металлов.

Алюминий

Стоит отметить, что любой сплав обладает гораздо меньшей проводимостью, чем чистое вещество. Это связано со слиянием структурной сетки и как следствие нарушением нормального функционирования электронов. Например, при производстве медного провода используется материал с содержанием примесей не более 0,1%, а для некоторых видов кабеля этот показатель еще строже — не более 0,05%. Все приведенные показатели являются удельной электропроводностью металлов, которая рассчитывается как отношение между плотностью тока и величиной электрического поля в проводнике.

Классическая теория электропроводности металлов

Основные положения теории электропроводности металлов содержат шесть пунктов. Первый: высокий уровень электропроводности связан с наличием большого числа свободных электронов. Второй: электрический ток возникает путем внешнего воздействия на металл, при котором электроны из беспорядочного движения переходят в упорядоченное.

Третий: сила тока, проходящего через металлический проводник, рассчитывается по закону Ома. Четвертый: различное число элементарных частиц в кристаллической решетке приводит к неодинаковому сопротивлению металлов. Пятый: электрический ток в цепи возникает мгновенно после начала воздействия на электроны. Шестой: с увеличением внутренней температуры металла растет и уровень его сопротивления.

Природа электропроводности металлов объясняется вторым пунктом положений. В спокойном состоянии все свободные электроны хаотическим образом вращаются вокруг ядра. В этот момент металл не способен самостоятельно воспроизводить электрические заряды. Но стоит лишь подключить внешний источник воздействия, как электроны мгновенно выстраиваются в структурированной последовательности и становятся носителями электрического тока. С повышением температуры электропроводность металлов снижается.

Это связано с тем, что слабеют молекулярные связи в кристаллической решетке, элементарные частицы начинают вращаться в еще более хаотичном порядке, поэтому построение электронов в цепь усложняется. Поэтому необходимо принимать меры по недопущению перегрева проводников, так как это негативно сказывается на их эксплуатационных свойствах. Механизм электропроводности металлов невозможно изменить ввиду действующих законов физики. Но можно нивелировать негативные внешние и внутренние воздействия, которые мешают нормальному протеканию процесса.

Металлы с высокой электопроводностью

Электропроводность щелочных металлов находится на высоком уровне, так как их электроны слабо привязаны к ядру и легко выстраиваются в нужной последовательности. Но эта группа отличается невысокими температурами плавления и огромной химической активностью, что в большинстве случаев не позволяет использовать их для изготовления проводов.

Металлы с высокой электропроводностью в открытом виде очень опасны для человека. Прикосновение к оголенному проводу приведет к получению электрического ожога и воздействию мощного разряда на все внутренние органы. Зачастую это влечет мгновенную смерть. Поэтому для безопасности людей используются специальные изоляционные материалы.

В зависимости от сферы применения они могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Но все типы предназначены для одной функции — изоляции электрического тока внутри цепи, чтобы он не мог оказывать воздействие на внешний мир. Электропроводность металлов используется практически во всех сферах современной жизни человека, поэтому обеспечение безопасности является первоочередной задачей.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector