Провідник

Провідник — матеріал, що проводить електрику, особливістю якого є наявність в складі вільних електронів, які поширені по всій речовині. 

В електротехніці використовується три види провідникових матеріалів: тверді, рідкі, газоподібні.

Твердий провідник це метал, до рідких відноситься електроліти і розплавлені метали. Гази використовуються в іонних приладах.

Іо́нні при́лади (газорозря́дні прилади) – прилади, наповнені інертним газом (Не, Ne, Ar, Kr, Хе), парами ртуті або воднем, дія яких заснована на проходженні електричного струму через газорозрядну плазму, що утворюється в між електродному просторі.

Основні характеристики провідникових матеріалів

  • питомий опір
  • температурний коефіцієнт опору
  • теплопровідність
  • контактна різниця потенціалів термоелектрорушійна сила
  • тимчасовий опір розриву і відносне подовження при розтягненні.

Питомий опір р.

Величина що характеризує здатність матеріалу надавати опір електричному струму. Питомий опір виражається формулою

r – опір провідника (ом)

S – площа поперечного перерізу

l – довжина провідника

Температурний коефіцієнт опору.

Величина, що характеризує зміну опору провідника в залежності від температури.

Теплопровідність λ

Величина що характеризує кількість тепла в одиницю часу через шар речовини. Теплопровідність має велике значення при теплових розрахунках машин, апаратів, приладів.

Найбільшу теплопровідність мають метали. У неметалевих провідників теплопровідність набагато нижча.

Контактна різниця потенціалів і терморушійна сила.

Позитивні іони металів розміщені в вузлах кристалічної градки створюють її каркас. Вільні електрони заповнюють гратку на кшталт газу, котрий інколи називають “електронним газом”. Тиск “електронного газу”  в металі пропорційний абсолютній температурі й кількості вільних електронів в одиниці об’єму, який залежить від властивостей металу. При дотику двух різнорідних металів в місці дотику виникає вирівнювання тиску електронного газу. В результаті дифузії електронів метал у якого число електронів зменшується, заряджається позитивно, а метал у якого число електронів збільшується заряджається негативно. В місці контакту виникає різниця потенціалів. Ця різниця пропорційна різниці температур металів і залежить від їх виду. В замкнутому колі термоелектричний струм. Е.Р.С. яка створює цей струм називається термо-е.р.с.

Тимчасовий опір розриву і відносне подовження при розтягуванні.

Під дією сили прикладеної до матеріалу, матеріал подовжується. Якщо позначити початкову довжину як l1 , а кінцеву як l2 то різниця l1-l2 =△l

буде абсолютним подовженням.

Відношення

 називають відносним подовженням.

Сила, що призводить до розриву  матеріалу називають руйнівним навантаженням, а відношення навантаження до площі поперечного перерізу матеріалу в момент розриву називають тимчасовим опором на розрив і позначається:

Металеві провідники можна розділити на дві групи:

  • матеріали і сплави високої провідності (мідь, алюміній). Сплави: бронза, латунь і т.д.
  • матеріали і сплави високого опору, використовують в нагрівачах, лампах розжарювання.

Матеріали високої провідності

Мідь

Є найбільш розповсюдженим металом в електротехніці. Має малий опір (р=0,0172 – 0,0175 Ом*мм2/м), має високу механічну міцність, стійкість до корозії, легкість пайки та сварки.

Сплави на основі міді.

Бронза – сплав міді з оловом. Має більшу міцність ніж мідь, втім має меншу провідність.

Латунь – сплав міді та цинку. Використовується як конструкційний матеріал.

Алюміній

Як провідник займає третє місце по електропровідності після срібла та міді. (р=0.029 ом*мм2/м).

Алюміній поступається міді по механічним властивостям. Для підвищення механічної міцності алюміній сплавляють з кремнієм, залізом, магнієм.

Сталь

Має велику механічну міцність. Як провідник використовують сталь, що містить 0.10%-0.15% вуглецю і має міцність на розрив 70-75 кГ\мм2. Питомий опір 0.1 ом/мм2/м. Електропровідність сталі в 7-6 раз менше міді. Великий мінус сталі це мала стійкість до корозії.

Сплави високого опору

Сплави високого опору діляться на три групи:

  1. Сплави для магазинів опору, еталонів, додаткових опорів, шунтів.
  2. Сплави для реостатів, опорів.
  3. Сплави длдя електронагрівальних приладів.

1. Сплави для магазинів опору, еталонів, додаткових опорів, шунтів

До сплавів першої групи виставляють такі вимоги: високий питомий опір, близький до нуля температурний коефіцієнт опору, мала термоелектрорушійна сила в поєднанні з іншими метелами, сталість опору, висока стійкість до корозії. До сплавів цієї групи відносяться сплави на основі міді – манганін, константан.

Манганін – сплав складається з міді на 84% та 12% маргаца і 2% нікелю.

 Міцність на розрив 40-55 кГ\мм2, малий температурний коефіцієнт опору та термо-е.р.с. допустиму робочу температуру не більше 60℃.

Константан – сплав 60% міді і 40% нікель, міцність на розрив 40-50 кГ\мм2.

Робоча температура не перевищує 400-450℃

2. Сплави для реостатів, опорів

Сплави другої групи повинні бути дешевими, мати високий питомий опір, малий температурний коефіцієнт опору. Використовують сплави на основі міді, наприклад константан, нікелін та інші.

3. Сплави для електронагрівальних приладів

Сплави третьої групи повинні добре оброблятись, бути механічно міцними, мати високий питомий опір, довгий час працювати при високій температурі без окислення. Жаротривкі сплави робляться на основі нікеля, хрому, алюмінію.

Ніхром – сплав нікелю і хрому. Міцність на розрив 70 кГ\мм2. Робоча температура до 1000℃.

Хромель – алюміній 28-30% , все інше залізо. Міцність на розрив 80 кГ\мм2, робоча температура 1250℃.

Фехраль – 12-15% хром, 3-5% алюміній, все інше залізо. Міцність на розрив 70 кГ\мм2, робоча температура 800℃.

Залишити відповідь