 |
Материалы высокой удельной проводимости.
|
|
|
|
К металлам и сплавам высокой проводимости предъявляют следующие требования:
– минимальное значение удельного электрического сопротивления;
– высокие механические свойства;
– хорошая технологичность (способность к пластическим деформациям, пайке, сварке);
– достаточно высокая стойкость к действию агрессивных сред.
Материалы высокой проводимости применяют для изготовления обмоточных и монтажных проводов, различного вида токоведущих частей.
Наиболее распространенными материалами высокой проводимости в электротехнике являются: медь, алюминий, серебро и сплавы на их основе, а также железо и сплавы на его основе; в электронной технике также используют золото, платину, палладий.
Медь. Особенности:
- малое удельное сопротивление (только серебро имеет меньшее удельное сопротивление);
- высокая механическая прочность;
- стойкость к коррозии;
- хорошая обрабатываемость;
- легкость пайки и сварки.
В качестве проводниковых материалов находят применение также и сплавы меди – бронзы и латуни, имеющие значительно более высокие механические свойства, чем чистая медь, но меньшую удельную проводимость. Применяют для изготовления токопроводящих пружин, коллекторных пластин и различных токопроводящих деталей.
Алюминий. Особенности:
- малая плотность (легче меди в 3,3 раза);
- невысокая механическая прочность;
- удельное электрическое сопротивление больше, чем у меди (в 1,63 раза);
- активное окисление на воздухе с образование оксидной пленки (высокое переходное сопротивление в местах контакта);
- сложность пайки;
- при контакте с медным проводником возможно разрушение алюминиевого за счет гальванической коррозии.
|
|
|
Алюминиевые сплавы обладают повышенной механической прочностью, например, альдрей (Mg+Si+Fe+Al). Также широко применяются сталеалюминиевые провода.
Сплавы высокого сопротивления.
Их применяют при изготовлении электроизмерительных приборов, образцовых резисторов, реостатов и электронагревательных устройств.
Наиболее распространенными сплавами являются:
Манганины (85%Cu+12%Mn+3%Ni) применяют для шунтов и добавочных сопротивлений электроизмерительных приборов, а также образцовых резисторов.
Константаны (58%Cu+40%Ni+2%Mn). Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления близок к нулю. Применяют для изготовления реостатов, электронагревательных элементов, когда рабочая температура не превышает 400-450оС, а также в термопарах.
Нихромы (55-78%Ni+15-23%Cr+1,5%Mn+Fe) используют для изготовления нагревательных элементов электрических паяльников, плиток и печей с рабочей температурой до 1100 оС, высокоомных резисторов.
Фехрали (12-25%Cr+3,5-5,5%Al+0,7%Mn+0,6%Ni+Fe) отличаются большей жаростойкостью (их можно нагревать до 1200оС). Из них изготавливают нагреватели для промышленных электропечей большой мощности.
Сверхпроводники.
Состояние проводника, при котором его электрическое сопротивление становится практически равным нулю, называют сверхпроводимостью, а материал в таком состоянии — сверхпроводником. Экспериментально установлено, что электрическое сопротивление сверхпроводников скачкообразно падает до исчезающе малого, не поддающегося измерению, значения (ρ < 5*10-24 Ом*м). Температуру, при которой происходит переход в сверхпроводниковое состояние, называют критической температурой Ткр.
В основе теории сверхпроводимости лежит представление о том, что электроны проводимости обладают не только кулоновскими силами отталкивания, но и испытывают особый вид взаимного притяжения, который обусловлен кулоновскими силами притяжения двух электронов, находящихся по разные стороны от положительно заряженного узла кристаллической решетки, этим узлом. В сверхпроводниковом состоянии (при Т < Ткр) силы притяжения преобладают над силами отталкивания между электронами проводимости. В результате они образуют электронные пары, названные куперовскими парами. Каждая электронная пара, взаимодействуя со всеми остальными, движется строго согласованно со всей совокупностью таких же пар.
|
|
|
Под действием внешнего источника, вызвавшего ток, все куперовские пары, не нарушая корреляции, приобретают один и тот же импульс и движутся как единое целое (суммарная волна) в одном направлении с некоторой дрейфовой скоростью. Электроны проводимости испытывают рассеяние на тепловых колебаниях решетки и других ее дефектах, что приводит к возникновению электрического сопротивления. Куперовские же пары, пока они не разорваны, не могут рассеиваться на тепловых колебаниях и других дефектах решетки. Не испытывая рассеяния при своем движении, куперовские пары обусловливают сверхпроводимость.
Условия возникновения сверхпроводимости:
1. T < Tкр.
2. j < jкр (плотность тока).
3. Н < Нкр (напряженность магнитного поля).
4. f < fгр.
Криопроводники.
Криопроводниками называют металлические проводники, удельное сопротивление которых при охлаждении снижается плавно, без скачков, и при криогенных температурах (при Т < -195°С) становится на несколько десятичных порядков ниже, чем при нормальной температуре.
При глубоком охлаждении металлического проводника его сопротивление снижается потому, что уменьшаются тепловые колебания кристаллической решетки и, следовательно, уменьшается рассеяние электронов проводимости на этих колебаниях. При очень низких температурах составляющая удельного сопротивления, вызванная рассеянием электронов на тепловых колебаниях кристаллической решетки, становится пренебрежимо малой.
Криопроводники в основном применяют в качестве токопроводящих жил проводов и кабелей, работающих при температурах жидкого водорода (-252,6°С), неона (-245,7°С) или азота (-195,6°С).
|
|
|
