Химия электропроводность меди: Электротехническая медь, основные характеристики

Содержание

Электропроводность металлов | PHYWE

Медь
расположена в подгруппе 1В системы
Д.И.Менделеева, Ее порядковый номер 29,
атомная масса 63,57. Медь плавится при
1083°С
и кипит при 2360°С. В меди не обнаружено
полиморфных превращений,
во всем интервале температур ниже точки
плавления она имеет
г.ц.к решетку, период которой при 20°С
равен 0,31607 нм. Медь
относится к тяжелым металлам, ее плотность
при 20°С составляет
8,94 г/см³.

Физические
свойства меди приведены в табл.1. Модули
упругости меди больше, чем у алюминия
и магния. Медь — диамагнитный металл
с очень небольшой удельной магнитной
восприимчивостью, равной 0,086 см³/г
при 18°С. Удельное электросопротивление
отожженной
медной проволоки при 20^иС
равно 1,72X10^-6
Ом.см. Примеси, содержащиеся
в меди, снижают ее электропроводность.
Наиболее сильно повышают электрическое
сопротивление меди фосфор, мышьяк,
кремний,
железо, сурьма и кобальт. Кислород в
небольших количествах повышает
электропроводность меди ввиду того,
что он способствует удалению при плавке
окисляющихся примесей из расплава.

Чистейшая
медь обладает небольшой прочностью и
высокой пластичностью. При пластической
деформации меди, как и других металлов
с г.ц.к структурой, происходит скольжение
преимущественно по плоскостям
111 в направлениях110.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕДИ С ЛЕГИРУЮЩИМИ
ЭЛЕМЕНТАМИ

Медь
образует непрерывные твердые растворы
с соседними по таблице Д.И.Менделеева
элементами: золотом» никелем» палладием»
платиной,
а также с марганцем. Ближайший к меди
металл — серебро не
обладает неограниченной растворимостью
в твердой меди. Из металлов с
неограниченной растворимостью в меди
для легирования используют лишь
никель и марганец, остальные элементы
слишком дефицитны и
дороги.

По
характеру взаимодействия с медью примеси
можно разделить на
три группы. К первой группе относятся
металлы, растворимые в твердой
меди. Вторая группа представлена
элементами, практически нерастворимыми
в меди в твердом состоянии
и образующими с ней легкоплавкие
эвтектики (В; , РЬ). Третью
группу составляют полуметаллические
и металлические элементы, образующие
с ней химические соединения.

Элементы
первой группы существенно не влияют на
свойства меди в тех количествах,
которые характерны для металла технической
чистоты. В больших количествах некоторые
из этих металлов благоприятно
сказываются на свойствах меди и поэтому
применяются для легирования.

Примеси,
нерастворимые в меди, обычно отрицательно
влияют на ее механические и технологические
свойства. Наиболее вредное влияние
оказывает висмут. Висмут — хрупкий
металл, и его прослойки по
границам зерен приводят к хладноломкости
меди и ее сплавов.

Свинец
не приводит к хладноломкости меди и ее
сплавов, так как он пластичен, но из-за
низкой точки плавления эвтектики
вызывает
горячеломкость. Вместе с тем свинец
облегчает обработку меди
и ее сплавов резанием, так как делает
стружку более ломкой. Если хорошая
обрабатываемость давлением при высоких
температурах не
является решающим фактором, то в меди
и ее сплавах допускают довольно большое
содержание свинца. Кислород присутствует
в меди в виде закиси, которая дает
с ней эвтектику при 3,4% Си
или
0,39% 0₂.

Закись
меди неблагоприятно влияет на пластические
свойства,
технологичность, коррозионную стойкость
меди. При отжиге в
атмосфере, содержащей водород, атомы
водорода диффундируют в
медь и реагируют с закисью меди, образуя
внутри металла пары воды высокого
давления, что вызывает разрушение меди.
Это явление называют
водородной болезнью. Кислород затрудняет
также пайку, сварку
и лужение меди.

Сера
образует с медью соединение, которое в
твердой меди практически не растворяется,
поэтому при самых малых содержаниях
серы в меди формируется хрупкая эвтектика.
Эта
эвтектика не вызывает горячеломкости,
так как она плавится при
высоких температурах, но приводит к
хладноломкости, снижает технологическую
пластичность при горячей обработке
давлением.

Металлическая медь лучше всего знакома вам по старым пенни, которые сделаны из меди и других металлов. Но медь играет важную роль во всем мире благодаря своим уникальным свойствам. Одним из таких свойств является его проводимость или способность проводить электричество. Высокая проводимость меди делает ее идеальной для электрических целей.

Медь — недрагоценный металл красно-золотистого цвета с высокой электропроводностью. На самом деле проводимость меди настолько высока, что она считается эталоном, по которому сравнивают другие неблагородные металлы и сплавы. На проводимость меди влияет добавление других металлов для изготовления сплавов.

Медь представляет собой привлекательный металл красно-золотистого цвета. Он назван медью в честь древнеанглийского слова «coper», которое произошло от «Cyprium aes», латинского слова, обозначающего металл с Кипра. Атомный символ меди — «Cu», а ее атомный номер — 29.. Медь была первым металлом, который когда-либо обрабатывали люди. В конце концов, люди обнаружили, что если соединить медь с металлическим оловом, то можно получить новый вид металла под названием бронза. Это положило начало тому, что мы называем бронзовым веком, в котором цивилизация совершила скачок вперед с помощью металлической меди. Бронза использовалась в валюте и инструментах, которые помогли изменить общество.

Полезным свойством меди является ее пластичность или способность растягиваться. Медь можно тянуть и скручивать, но она не сломается. Это делает его идеальным для использования в качестве проволоки. Медь является податливым металлом, а это означает, что ей можно легко придавать форму и манипулировать ею. Поэтому он несколько мягкий. Еще одним свойством меди является ее отличная способность проводить тепло. Медь не подвержена коррозии, как некоторые другие металлы, а также не окисляется и не ржавеет, как железо. Медь на самом деле устойчива ко многим органическим соединениям, и, пожалуй, самым ценным ее свойством является высокая проводимость.

Медь — отличный металл для механической обработки и соединения, так как ее легко формовать и паять. Кроме того, отличным и ценным свойством меди является ее способность к переработке. Неважно, находится ли источник меди в шахте или из вторичного сырья. Его многие полезные свойства сохраняются независимо от его источника.

Сплавы представляют собой смеси металлов, такие как смесь меди и олова для получения бронзы, которая является более твердым металлом, чем медь. Металлические сплавы обладают некоторыми из тех же свойств, что и исходные металлы, но их поведение также может сильно отличаться. Например, смеси сплавов могут влиять на электропроводность металлов. Сочетание различных металлов с медью приводит к уникальным свойствам каждого сплава. Когда медь соединяется с серебром, полученный сплав обладает многими свойствами чистой меди. Но если медь соединить с фосфором, то полученный сплав ведет себя совсем иначе.

Проводимость металлов относится к способности металлов проводить электричество. Проводимость может измениться при добавлении других металлов, например, при изготовлении сплавов. Металл с наибольшей проводимостью – драгоценный металл серебро. Стоимость серебра делает его экономически нецелесообразным для широкомасштабного использования в электротехнике. Среди неблагородных металлов проводимость меди или Cu самая высокая. Это означает, что медь может проводить больший электрический ток, чем другие недрагоценные металлы. На самом деле проводимость других неблагородных металлов сравнивают с медью, потому что медь стала высшим стандартом.

Стандарт электропроводности называется Международным стандартом на отожженную медь или IACS. Процент IACS вещества относится к его электропроводности, а процент IACS чистой меди считается 100%. Напротив, проводимость алюминия составляет 61 процент IACS. На проводимость Cu влияет добавление различных металлов для образования сплавов. Медные сплавы с содержанием меди более 99,3% называются «медью». Некоторые сплавы содержат очень высокий процент меди, и они называются «сплавами с высоким содержанием меди». В то время как процентное содержание меди влияет на проводимость Cu, наиболее сильно на нее влияет то, с какими материалами она сочетается. Компромисс обычно происходит, когда медные сплавы делают более прочными. Как правило, эти сплавы имеют более низкую проводимость.

Cu-ETP (Electronic Touch Pitch) имеет 100% IACS и является обозначением типа меди, используемой в проводах, кабелях и шинах. Литая медь, или Cu-C, на 98 процентов состоит из IACS, поэтому она также обладает высокой проводимостью. Когда для получения сплавов с медью добавляют олово, магний, хром, железо или цирконий, прочность металла повышается, но его проводимость падает. Например, медь-олово или CuSnO.15 имеет проводимость Cu до 64 процентов по шкале IACS. В зависимости от функции сплава проводимость меди может значительно снизиться. Все еще существуют сплавы, которые сочетают в себе хорошую обрабатываемость и высокую проводимость. Примеры его включают медно-теллуровые (CuTep) и медно-серные (CuSP) сплавы. Их электропроводность колеблется от 64 до 98 процентов МАКО. Эти сплавы оказались весьма полезными для крепления полупроводников и наконечников для контактной сварки. Иногда материалы на основе меди требуют высокой твердости и прочности при умеренной проводимости Cu; примером является смесь меди, никеля и кремния, которая дает проводимость Cu от 45 до 60 процентов IACS. На конце шкалы с низкой электропроводностью латуни представляют собой медные сплавы, которые отлично подходят для литья. Их процент IACS колеблется около 20. Одним из примеров этих сплавов с низкой медной проводимостью является медно-цинковый. Иногда сбалансированный сплав обеспечивает проводимость Cu от низкой до умеренной, что полезно для электрических нужд. В эту категорию попадают медно-цинковые латуни, и их проводимость колеблется от 28 до 56 процентов IACS. Невероятная универсальность меди и ее способность образовывать полезные сплавы с таким количеством различных металлов.

Поскольку проводимость меди очень высока, ее способность передавать тепло также довольно высока. Изготовление медных сплавов с высокой электропроводностью требует изготовления сплавов, устойчивых к перегреву при пропускании через них электрического тока. Это имеет решающее значение для передачи энергии, так как более высокая температура влияет на сопротивление.

Медь используется по-разному, как в физическом, так и в биологическом отношении. Он также используется в сельском хозяйстве в качестве яда. Растворы меди обычно используются как часть химических тестов. В организме медь играет роль эссенциального элемента, необходимого для передачи энергии в клетках. Некоторые ракообразные даже используют медь вместо железа в качестве основного переносчика кислорода.

Медь в основном используется для передачи и доставки электроэнергии ко всем повседневным вещам, которыми вы пользуетесь. Медь широко используется в электропроводке, строительстве, машиностроении, телекоммуникациях, передаче электроэнергии, транспорте и других промышленных целях. Его можно использовать для кабелей, трансформаторов и соединительных деталей. Медь также используется в компьютерах и микросхемах.

По мере роста рынка экологически чистой энергии растет и спрос на медь. Медь чрезвычайно полезна во многих областях, а также может быть переработана снова и снова. Поэтому он является ключевым компонентом систем возобновляемой энергии. Фактически, солнечная, ветровая и электротранспортная промышленность полагаются на медь для подключения к энергосистеме. Электромобилям требуется гораздо больше меди, чем автомобилям, работающим на газу. Высокая проводимость меди делает ее очень эффективной. Кажется уместным, что самый старый металл, используемый людьми, будет продолжать приносить пользу и в будущем.

Одним из свойств меди, которое во многом способствовало тому, чтобы она заняла нынешнее выдающееся место среди полезных металлов, является ее электропроводность — свойство, ставшее теперь главным критерием ценности товарного продукта. Во исполнение этого типично американского принципа, что «лучшее не бывает слишком хорошим», обычно требуется металл с самой высокой проводимостью, даже когда такая исключительная чистота не дает никаких преимуществ; например, при изготовлении латуни и других сплавов. Средний литейщик из латуни нервничает, если его медь не настолько чиста, что ее проводимость равна 99 или 100 процентов, в то время как характер используемого цинка обычно упускается из виду при беспокойстве.

Электролитическое рафинирование позволяет производить медь очень высокой степени чистоты, при этом содержание металлических примесей составляет в среднем лишь несколько тысячных долей процента; кислород, обычно присутствующий в форме закиси меди, доводя общее количество примерно до одной десятой процента. Однако опубликованные данные о взаимосвязи между химической чистотой и электропроводностью очень скудны, почти все работы, которые были выполнены, касались сплавов, содержащих значительные количества посторонних элементов. В этой статье я собрал воедино результаты экспериментов, длившихся несколько лет, которые проводились с идеей определения количества различных элементов, снижающих электропроводность на 3 или 4 %. меди, а не сплавов.

Существует множество мер предосторожности, необходимых для сохранения одинаковых условий в различных экспериментах, поскольку расплавленная медь химически очень чувствительна к окружающей среде, а количество многих веществ, необходимых для снижения ее проводимости на несколько процентов, чрезвычайно незначительно. Процедура, принятая после длительных экспериментов, была следующей:

Используемая медь была в форме отожженной проволоки № 12 B. & S., спрессованной вместе и помещенной в круглый тигель Баттерси, размер H, 500 г. составляющая заряд. Примесь добавляли одним из трех способов, в зависимости от ее температуры плавления: 1. Если высокая, то сбрасывалась навеской прямо на дно тигля. 2. Если медная проволока была сравнительно низкой, часть медной проволоки сворачивали в фольгу, а примеси заключали в нее, и все это помещали на дно тигля; и 3. Если содержание очень низкое (например, фосфора), его, как и прежде, заворачивали в фольгу, но подсовывали под поверхность расплавленной меди непосредственно перед заливкой образцов. После того, как проволока была утрамбована в тигле, сверху был помещен слой битого древесного угля толщиной около дюйма, который полностью заполнил тигель. На тигель надевали крышку, которую затем подвергали сильному дутью в газовой печи. Образец заливали 25 мин. после включения дутья, которого как раз хватило, чтобы полностью расплавить шихту, не перегревая ее, и заметно не изменить «шаг» меди. Не было никаких проблем с получением элементов, температура плавления которых намного ниже их температуры плавления при этой температуре, для растворения в расплавленной меди. Отливки производились в нагретой чугунной форме в виде слегка сужающихся цилиндров со средним диаметром 0,5 дюйма и длиной 7 дюймов. Эти отливки были обжаты в горячем состоянии на наковальне до диаметра 3/8 дюйма, а затем вытянуты в холодном состоянии на проволоку № 12 B. & S. Затем, чтобы устранить последствия волочения, провода подвергали электрическому отжигу, заставляя их нести ток в 110 ампер. Электрический метод отжига — очень простой способ точного воспроизведения результатов, при этом температура отжига оказывает заметное влияние на проводимость. Провода были измерены на проводимость, а затем проанализированы на наличие меди и посторонних элементов. Сумма меди плюс примесь была общей проверкой анализа и «смолы».

Таблица I. дает общую сводку данных, элементы расположены в алфавитном порядке. Данные также представлены графически на рис. 1-16. Легирующие элементы были получены в максимально чистом виде, и не предполагается, что на результаты сильно влияют примеси в них. Это были: пробное серебро 1000 пробы; золото в виде гранул из анализов слитков, не содержащих примесей, но незначительное количество серебра; тест-лид; электролитическое железо без углерода; и сера в виде сульфида меди. Остальные элементы были химически чистыми (CP), доступными на рынке.

При рассмотрении результатов естественно сгруппировать элементы по порядку в периодической системе. Это сделано в Таблице II. Столбец, озаглавленный «коэффициент», дает отношение снижения электропроводности к количеству присутствующей примеси. При получении этого соотношения касательные к кривым на рис. от 1 до 16, так что отношения строго верны только в случае бесконечно малого понижения. Видно, что этот фактор имеет общее отношение к периодическому расположению, уменьшаясь с увеличением атомного веса внутри любой группы, хотя очевидной связи между одной группой и другой нет. Этот фактор полезен при анализе меди, которая показывает низкую проводимость, как средство определения вероятной причины неисправности. Данные не дают даже приблизительной константы молекулярного понижения проводимости, т. е.

3. Когда взаимная растворимость ограничена, на каждом конце кривой имеется растворимый ряд, а в середине — эвтектоносный ряд. Поскольку двух веществ, абсолютно нерастворимых друг в друге, вероятно, не существует, случай 2 не может быть жестко применен, такие вещества образуют крайнюю область применения случая 3.

Результаты, приведенные в этой статье, относятся исключительно к первой очень короткой части кривой проводимости, и поэтому следует ожидать, что в каждом случае будет проявляться некоторая кривизна. Однако некоторые из используемых элементов настолько почти нерастворимы в меди, что кривая мало отличается от прямой линии, соединяющей проводимости двух чистых веществ в смеси.

Полезные сплавы меди включают смеси с цинком, оловом, алюминием, кремнием и фосфором. Цинк и олово добавляются в относительно больших количествах для образования латуни и бронзы. Алюминий, кремний и фосфор добавляются в сравнительно небольших количествах, и их способность раскислять медь, подвергшуюся ненужному воздействию воздуха при плавке, вероятно, проявляется гораздо чаще при изготовлении отливок, чем это может себе представить литейщик. При надлежащих условиях вполне возможно изготавливать медные отливки идеальной прочности и проводимости без использования флюсов. Но, взглянув на таблицу множителей, видно, что с электрической точки зрения нельзя было подобрать худших элементов, чем упомянутые выше. С другой стороны, элементы, мало влияющие на электропроводность, — свинец, висмут и теллур — делают металл чрезвычайно хрупким. Этот эффект, по-видимому, связан с растворимостью последних элементов, которые практически нерастворимы в меди. Тогда мы имеем механическую смесь, в которой проводимость изменяется только в соответствии с пропорциями смеси, в то время как механические свойства самого постороннего элемента выдвигаются на первый план.

С другими классами веществ дело обстоит совсем по-другому, сплав представляет собой медь, внедренную в матрицу из сплава меди и примеси. Электропроводность этой матрицы, как правило, низка, и ее количество несоизмеримо с количеством добавленной примеси, и отсюда резкое снижение электропроводности в целом.

Электропроводность металлов | PHYWE

Свойства меди

Какова проводимость меди?

TL;DR (слишком длинный; не читал)

Свойства меди

Проводимость меди

Использование меди

Факторы, влияющие на электропроводность меди: влияние примесей

Published by admin