Мед: електрическа проводимост, свойства, характеристики и приложения

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-17 18:41

В много клонове на съвременната индустрия материал като мед е много широко използван. Електрическата проводимост на този метал е много висока. Това обяснява целесъобразността от приложението му преди всичко в електротехниката. Медта прави проводници с отлични експлоатационни характеристики. Разбира се, този метал се използва не само в електротехниката, но и в други индустрии. Неговото търсене се обяснява, наред с други неща, с неговите качества като устойчивост на корозионни повреди в редица агресивни среди, огнеупорност, пластичност и др.

Историческа справка

Медта е метал, познат на човека от древни времена. Ранното запознаване на хората с този материал се обяснява преди всичко с широкото му разпространение в природата под формата на самородни парчета. Много учени смятат, че именно медта е първият метал, възстановен от човека от кислородни съединения. Имало едно време скалите просто се нагрявали на огън и рязко охлаждали, в резултат на което тенапукана. По-късно възстановяването на медта започва да се извършва на огньове с добавяне на въглища и издухване с мехове. Подобряването на този метод в крайна сметка доведе до създаването на шахтова пещ. Още по-късно този метал започва да се получава чрез окислително топене на руди.

Мед: електрическа проводимост на материала

В покой всички свободни електрони на всеки метал се въртят около ядрото. Когато е свързан външен източник на влияние, те се подреждат в определена последователност и стават носители на ток. Степента на способността на метала да преминава през себе си се нарича електрическа проводимост. Мерната единица в международната SI е Siemens, дефинирана като 1 cm=1 ohm-1.

Електрическата проводимост на медта е много висока. По този показател той превъзхожда всички известни днес неблагородни метали. Само среброто преминава тока по-добре от него. Електрическата проводимост на медта е 57x104 cm-1 при температура от +20 °C. Поради това свойство този метал в момента е най-често срещаният проводник от всички използвани за промишлени и битови цели.

Медта перфектно издържа на постоянни електрически натоварвания и също така се отличава с надеждност и издръжливост. Освен всичко друго, този метал се характеризира и с висока точка на топене (1083,4 ° C). А това от своя страна позволява на медта да работи дълго време в загрято състояние. По отношение на разпространението като проводник на ток, самоалуминий.

Влияние на примесите върху електрическата проводимост на медта

Разбира се, в наше време се използват много по-модерни техники за топене на този червен метал, отколкото в древността. Въпреки това, дори днес е почти невъзможно да се получи напълно чист Cu. В медта винаги има различни видове примеси. Може да бъде например силиций, желязо или берилий. Междувременно, колкото повече примеси в медта, толкова по-ниска е нейната електрическа проводимост. За производството на проводници, например, е подходящ само достатъчно чист метал. Съгласно разпоредбите за тази цел може да се използва мед с количество примеси не повече от 0,1%.

Много често този метал съдържа определен процент сяра, арсен и антимон. Първото вещество значително намалява пластичността на материала. Електрическата проводимост на медта и сярата е много различна. Този примес изобщо не провежда ток. Тоест, това е добър изолатор. Въпреки това, сярата почти не влияе върху електрическата проводимост на медта. Същото важи и за топлопроводимостта. При антимон и арсен се наблюдава обратната картина. Тези елементи могат значително да намалят електрическата проводимост на медта.

Сплави

Могат да се използват и различни видове добавки специално за увеличаване на здравината на такъв пластичен материал като медта. Те също така намаляват нейната електрическа проводимост. Но от друга страна, тяхното използване може значително да удължи експлоатационния живот на различни видове продукти.

Най-често се използва като добавка за здравина на медИзползва се Cd (0,9%). Резултатът е кадмиев бронз. Проводимостта му е 90% от тази на медта. Понякога алуминият се използва и като добавка вместо кадмий. Проводимостта на този метал е 65% от тази на медта. Други материали и вещества, като калай, фосфор, хром, берилий, също могат да се използват под формата на добавка за увеличаване на здравината на проводниците. Резултатът е бронз с определена степен. Комбинацията от мед и цинк се нарича месинг.

Спецификации на сплав

Електрическата проводимост на металите може да зависи не само от количеството на примесите, присъстващи в тях, но и от други показатели. Например, с повишаване на температурата на нагряване, способността на медта да пропуска ток през себе си намалява. Дори начинът, по който е направен, влияе върху електрическата проводимост на такъв проводник. В ежедневието и в производството могат да се използват както меко отгрявани медни проводници, така и твърдо изтеглени. Първият сорт има по-висока способност да пропуска ток през себе си.

Разбира се, използваните добавки и тяхното количество влияят най-вече върху електрическата проводимост на медта. Таблицата по-долу предоставя на читателя изчерпателна информация относно текущата товароносимост на най-често срещаните сплави от този метал.

Електропроводимост на медни сплави

Alloy	Състояние (O-отгрявано, Т-изтеглено)	Проводимост (%)
чиста мед	O	101
	T	98
Калаен бронз (0,75 %)	O	55-60
	T	50-55
Кадмиев бронз (0,9%)	O	95
	T	83-90
Алуминиев бронз (2,5% A1, 2% Sn)	O	15-18
	T	15-18
фосфорен бронз (7% Sn, 0,1% Ρ)	O	10-15
	T	10-15

Електрическата проводимост на месинг и мед е сравнима. Въпреки това, за първия метал тази цифра, разбира се, е малко по-ниска. Но в същото време е по-висока от тази на бронзите. Месингът се използва широко като проводник. Той предава ток по-лошо от медта, но в същото време струва по-малко. Най-често контактите, скоби и различни части за радиооборудване се изработват от месинг.

Високоустойчиви медни сплави

Такива проводници се използват главно при производството на резистори, реостати, измервателни уреди и електрически нагревателни устройства. Най-често използваните медни сплави за тази цел са константан и манганин. Съпротивлението на първия (86% Cu, 12% Mn, 2% Ni) е 0,42-0,48 µOhm/m, а втория (60% Cu, 40% Ni) е 0,48-0,52 µOhm/m.

Връзка с коефициенттоплопроводимост

Електрическата проводимост на медта е 59 500 000 S/m. Този индикатор, както вече споменахме, е правилен, но само при температура от +20 ^оС. Съществува определена връзка между топлопроводимостта на всеки метал и специфичната проводимост. Установява своя закон Видеман-Франц. Извършва се за метали при високи температури и се изразява в следната формула: K/γ=π² / 3 (k/e)^{2 T, където y - проводимост, k - константа на Болцман, e - елементарен заряд.}

Разбира се, има подобна връзка с метал като мед. Неговата топлопроводимост и електропроводимост са много високи. На второ място след среброто, тя е и по двата показателя.

Свързване на медни и алуминиеви проводници

Напоследък електрическото оборудване с все по-висока мощност започва да се използва в ежедневието и индустрията. В съветско време окабеляването се правеше главно от евтин алуминий. За съжаление експлоатационните му характеристики вече не отговарят на новите изисквания. Ето защо днес в ежедневието и в индустрията много често алуминиевите проводници се сменят с медни. Основното предимство на последните, в допълнение към тяхната рефрактерност, е, че техните проводими свойства не намаляват по време на окислителния процес.

Често алуминиеви и медни проводници трябва да се свързват при надграждане на електрически мрежи. Не можете да направите това директно. Всъщност електрическата проводимост на алуминия и медта не се различава много. Но само самитези метали. Окислителните филми от алуминий и мед имат различни свойства. Поради това проводимостта на кръстовището е значително намалена. Окислителният филм на алуминия е много по-устойчив от този на медта. Следователно свързването на тези два вида проводници трябва да се извършва изключително чрез специални адаптери. Това могат да бъдат например скоби, съдържащи паста, която предпазва металите от появата на оксид. Тази версия на адаптери обикновено се използва при свързване на проводници на улицата. Скобите за клони се използват по-често на закрито. Техният дизайн включва специална плоча, която изключва директен контакт между алуминий и мед. При липса на такива проводници в домашната среда, вместо директно усукване на проводниците, се препоръчва използването на шайба и гайка като междинен "мост".

Физически свойства

Така разбрахме каква електропроводимост има медта. Този индикатор може да варира в зависимост от примесите, които съставляват този метал. Въпреки това, търсенето на мед в индустрията се определя и от другите й полезни физически свойства, които могат да бъдат получени от таблицата по-долу.

Физически характеристики на Cu

Параметър	Значение
Решетка	FCC, a=3,6074 Å
Атомен радиус	1, 28 Å
Специфичен топлинен капацитет	385, 48 J/(kg K) при +20 оС
Топлопроводимост	394, 279 W/(m K) при +20 oC
Електрическо съпротивление	1, 68 10-8 Ohm m
Коефициент на линейно разширение	17, 0 10-6
Твърдост	350 Mn/m2
Якост на опън	220 Mn/m2

Химически свойства

Според тези характеристики, медта, чиято електрическа и топлопроводимост е много висока, заема междинно положение между елементите на първата триада от осмата група и алкалните елементи от първата група на периодичната таблица. Основните му химични свойства включват:

• склонност към образуване на комплекси;
• способност за производство на оцветени съединения и неразтворими сулфиди.

Най-характерното за медта е двувалентното състояние. Той практически няма прилики с алкалните метали. Неговата химическа активност също е ниска. В присъствието на CO_{2 или влага, върху медната повърхност се образува зелен карбонатен филм. Всички медни соли са отровни. В едно- и двувалентно състояние този метал образува много стабилни комплексни съединения. Най-важните за индустрията са амонякът.}

Използвайте зоната

Високата топло- и електрическа проводимост на медта определя широкото й използване в различни индустрии. Разбира се, най-често този метал се използва в електротехниката. Това обаче далеч не е единствената област на неговото приложение. Наред с други неща, може да се използва мед:

• в бижута;
• в архитектура;
• при монтаж на водопроводни и отоплителни системи;
• в газопроводи.

За производството на различни видове бижута се използва основно сплав от мед и злато. Това ви позволява да увеличите устойчивостта на бижутата на деформация и абразия. В архитектурата медта може да се използва за облицовка на покриви и фасади. Основното предимство на това покритие е издръжливостта. Например покривът на известна архитектурна забележителност - католическата катедрала в германския град Хилдесхайм, е покрит с листове от този конкретен метал. Медният покрив на тази сграда защитава вътрешното й пространство от почти 700 години.

Инженерни комуникации

Основните предимства на медните водопроводи са също издръжливост и надеждност. В допълнение, този метал е в състояние да придаде на водата специални уникални свойства, което я прави полезна за тялото. За монтажа на газопроводи и отоплителни системи, медните тръби също са идеални - главно поради тяхната устойчивост на корозия и пластичност. В случай на спешно покачваненалягане, такива линии са в състояние да издържат на много по-голямо натоварване от стоманата. Единственият недостатък на медните тръби е високата им цена.