Kobber: elektrisk ledningsevne, egenskaper, egenskaper og applikasjoner

I mange grener av moderne industri er et materiale som kobber mye brukt. Den elektriske ledningsevnen til dette metallet er veldig høy. Dette forklarer at det er hensiktsmessig å bruke det først og fremst innen elektroteknikk. Fra kobber oppnås ledere med gode ytelsesegenskaper. Selvfølgelig brukes dette metallet ikke bare i elektroteknikk, men også i andre næringer. Dens etterspørsel forklares blant annet av dets egenskaper, som motstand mot korrosjonsskade i en rekke korrosive medier, refraktoritet, duktilitet, etc.

Historisk bakgrunn

Kobber er et metall kjent for mennesket siden antikken. Den tidlige bekjennelsen til mennesker med dette materialet forklares først og fremst av sin brede spredning i naturen i form av nuggets. Mange forskere mener at det var kobber som var det første metallet, en mann som ble gjenopprettet fra oksygenforbindelser. En gang i tiden ble bergarter enkelt oppvarmet på en brann og drastisk avkjølt og forårsaket dem å knekke. Senere begynte restaureringen av kobber å produsere på bålene med tilsetning av kull og blåse pels. Forbedring av denne metoden førte til slutt til etableringen av en akselovn. Enda senere begynte dette metallet å bli produsert ved metoden for oksidativ smelte av malmer.

Kobber: Elektrisk ledningsevne av materialet

I en stille tilstand roterer alle fri elektroner av noe metall rundt kjernen. Når du kobler en ekstern kildekilde, er de justert i en bestemt rekkefølge og blir bærere av nåværende. Graden av evne til å passere gjennom det siste kalles elektrisk ledningsevne. Måleenheten i International SI er Siemens, definert som 1 cm = 1 Ω ^-1 .

Elektrisk ledningsevne av kobber er veldig høy. Ved denne indikatoren overskrider den alle de ikke-edle metaller som er kjent i dag. Bedre enn hennes nåværende flyter bare sølv. Indikatoren for kobberens elektriske ledningsevne er 57x104 cm ^-1 ved en temperatur på +20 ° C. På grunn av denne egenskapen er dette metallet for øyeblikket den vanligste lederen av alle som brukes til industrielle og innenlandske formål.

Kobber tåler konstant elektrisk belastning og er også pålitelig og holdbar. Blant annet er dette metall preget av et høyt smeltepunkt (1083,4 ° C). Og dette tillater igjen kobber i lang tid å jobbe i oppvarmet tilstand. Som utbredelse som en aktuell dirigent kan bare aluminium konkurrere med dette metallet.

Effekt av urenheter på kobberens elektriske ledningsevne

Selvfølgelig, i vår tid, brukes mye mer sofistikerte teknikker til å smelte dette røde metallet enn i antikken. Men selv i dag er det praktisk talt umulig å skaffe en helt ren Cu. I kobber er det alltid forskjellige urenheter. Det kan for eksempel være silisium, jern eller beryllium. I mellomtiden, jo flere urenheter i kobber, jo lavere er indeksen for elektrisk ledningsevne. For fremstilling av ledninger er for eksempel bare et tilstrekkelig rent metall egnet. I henhold til standardene kan kobber brukes til dette formålet med en mengde urenheter som ikke overstiger 0,1%.

Svært ofte inneholder dette metallet en viss prosentandel av svovel, arsen og antimon. Det første stoffet reduserer materialets plastisitet betydelig. Elektrisk ledningsevne av kobber og svovel er svært forskjellig. Denne urenheten utfører ikke nåværende i det hele tatt. Det er, det er en god isolator. Imidlertid påvirkes ikke elektrisk ledningsevne av kobbersvovl i praksis. Det samme gjelder termisk ledningsevne. Med antimon og arsen blir det motsatte bildet observert. Disse elementene ledningsevne av kobber kan redusere betydelig.

legeringer

Ulike typer tilsetninger kan brukes og spesielt for å øke styrken av et slikt duktilt materiale som kobber. De reduserer også elektrisk ledningsevne. Men deres bruk gjør det mulig å forlenge levetiden til ulike produkter betydelig.

Oftest brukes Cd (0,9%) som en økning i styrken av kobberadditivet. Resultatet er kadmiumbronse. Dens konduktivitet er 90% av ledningsevnen til kobber. Noen ganger, i stedet for kadmium, brukes aluminium også som additiv. Ledningsevnen av dette metallet er 65% av den samme indeksen av kobber. For å øke styrken på ledninger i form av tilsetningsstoffer, kan andre materialer og stoffer brukes, slik som tinn, fosfor, krom, beryllium. Resultatet er bronse av et bestemt merke. Forbindelsen av kobber med sink kalles messing.

Alloy Properties

Den elektriske ledningsevnen til metaller kan ikke bare avhenge av mengden urenheter som er tilstede i dem, men også på andre indikatorer. For eksempel med en økning i oppvarmingstemperaturen reduseres kobberens evne til å passere gjennom en strøm. Selv veien for produksjonen påvirker elektrisk ledningsevne av en slik ledning. I hverdagen og i produksjonen kan både myke glødetrådsleder og hardt kobber brukes. I den første arten er evnen til å passere gjennom strømmen høyere.

Men mest av alt, selvfølgelig, påvirker additivene og deres kvantitet kobberens elektriske ledningsevne. Tabellen nedenfor gir leseren uttømmende informasjon om muligheten til å sende strøm til de vanligste legeringene i dette metallet.

Elektrisk ledningsevne av messing og kobber er sammenlignbar. Men for det første metallet er denne figuren selvsagt litt lavere. Men samtidig er det høyere enn i bronse. Som dirigent messing brukes ganske mye. Den overgår dagens verre enn kobber, men det koster mindre. Oftest har messing gjort kontakter, klemmer og ulike deler til radioutstyr.

Kobberlegeringer med høy motstand

Slike ledermaterialer brukes hovedsakelig i fremstilling av motstander, reostater, måleinstrumenter og elektriske oppvarmingsanordninger. Oftest brukes kobberlegeringer av constantan og manganin til dette formålet. Resistiviteten til den første (86% Cu, 12% Mn, 2% Ni) er 0,42-0,48 μΩ / m, og den andre (60% Cu, 40% Ni) 0,48-0,52 μΩ / m.

Forhold til koeffisienten for termisk ledningsevne

Den spesifikke elektriske konduktiviteten til kobber er 59 500 000 S / m. Denne indeksen, som allerede nevnt, er korrekt, men bare ved en temperatur på +20 ° C. Det er et klart forhold mellom termisk ledningsevne av noe metall og ledningsevnen. Oppretter sin Wiedemann-Franz lov. Det utføres for metaller ved høye temperaturer og uttrykkes i følgende formel: K / γ = π 2/3 (k / e) ² T, hvor y er konduktivitet, k er Boltzmann-konstanten, og e er elementarladningen.

Selvfølgelig er det en lignende forbindelse med et metall som kobber. Termisk ledningsevne og elektrisk ledningsevne er svært høy. På andre plass etter sølv er det på begge disse indikatorene.

Tilkobling av kobber og aluminium ledninger

Nylig begynte elektrisk utstyr med stadig høyere kraft å bli brukt i hverdagen og industrien. I sovjetiske tider ble ledningen hovedsakelig laget av billig aluminium. Dessverre samsvarer ytelsesegenskapene ikke med nye krav. Derfor blir det i dag i hverdagen og i industrien ofte endret aluminiumskabler til kobber. Hovedfordelen ved sistnevnte, i tillegg til de ildfaste egenskaper, er at deres ledende egenskaper ikke reduseres ved en oksidasjonsprosess.

Ofte, når man oppgraderer elnettverket, må aluminium og kobber ledninger kobles til. Du kan ikke gjøre dette direkte. Faktisk varierer elektrisk ledningsevne av aluminium og kobber ikke veldig mye. Men bare metallene selv. Oksidasjonsfilmer av aluminium og kobber egenskaper er ikke det samme. På grunn av dette reduseres ledningsevnen ved krysset betydelig. Oksiderende film i aluminium er mye mer motstandsdyktig enn kobber. Derfor må forbindelsen mellom disse to typer ledere gjøres utelukkende gjennom spesielle adaptere. Det kan for eksempel være klemmer som inneholder en pasta som beskytter metaller mot utseende av oksid. Denne versjonen av adapteren brukes vanligvis når du kobler ledninger på gaten. I lokalene brukes forgrenings klemmer ofte. Deres design inkluderer en spesialplate som eliminerer direkte kontakt mellom aluminium og kobber. I mangel av slike ledere i hjemlige forhold, i stedet for å vri på ledningene, anbefales det å bruke vaskemaskinen og mutteren som en mellomliggende "bro".

Fysiske egenskaper

Dermed fant vi ut hva som er elektrisk ledningsevne av kobber. Denne indikatoren kan variere avhengig av urenheter som inngår i sammensetningen av dette metallet. Imidlertid er etterspørselen etter kobber i bransjen bestemt av sine andre nyttige fysiske egenskaper, informasjon som kan fås fra tabellen under.

Kjemiske egenskaper

For slike egenskaper er kopper, hvor den elektriske ledningsevne og termisk ledningsevne er meget høy, opptatt av en mellomstilling mellom elementene i den første triad av den åttende gruppe og de alkaliske i den første gruppen i det periodiske bordet. Dens viktigste kjemiske egenskaper inkluderer:

• Tilnærming til komplisert formasjon;

• Evnen til å gi fargede forbindelser og uoppløselige sulfider.

Den mest karakteristiske for kobber er den bivalente tilstanden. Likheter med alkalimetaller har det nesten ingen. Dens kjemiske aktivitet er også lav. I nærvær av CO ₂ eller fuktighet dannes en grønn karbonatfilm på kobberoverflaten. Alle kobbersalter er giftige stoffer. I singel- og divalent tilstand danner dette metall svært stabile komplekse forbindelser. Det viktigste for næringen er ammoniakk.

Anvendelsesområde

Den høye termiske og elektriske ledningsevnen til kobber bestemmer sin brede anvendelse i en rekke bransjer. Selvfølgelig er dette metallet oftest brukt i elektroteknikk. Dette er imidlertid ikke den eneste sfæren av søknaden. Blant annet kan kobber brukes:

• I smykker virksomheten;

• I arkitektur;

• Ved montering av rørleggerarbeid og varmeanlegg;

• I gassledninger.

Til fremstilling av ulike typer smykker brukes en kobberlegering med gull. Dette gjør at du kan øke motstanden til smykker til deformasjon og slitasje. I arkitektur kan kobber brukes til å takle tak og fasader. Den største fordelen med denne finishen er holdbarhet. For eksempel er platene av dette metallet dekket med taket av et velkjent arkitektonisk landemerke - den katolske katedralen i den tyske byen Hildesheim. Kobbertaket på denne bygningen beskytter pålitelig innvendig plass i nesten 700 år.

Ingeniørkommunikasjon

De viktigste fordelene med kobbervannsrør er også holdbarhet og pålitelighet. I tillegg er dette metallet i stand til å gi vann spesielle unike egenskaper, noe som gjør den nyttig for kroppen. For montering av gassrørledninger og varmesystemer er kobberrør også ideelle - hovedsakelig på grunn av deres korrosjonsmotstand og duktilitet. Med en nødsituasjonstrykk kan slike linjer tåle en mye større belastning enn stål. Den eneste ulempen ved kobberrørledninger er deres høye kostnader.