Bakar: električna vodljivost, svojstva, značajke i primjene

U mnogim granama moderne industrije, materijal poput bakra je široko korišten. Električna vodljivost ovog metala je vrlo visoka. To objašnjava primjerenost primjene primarno u elektrotehnici. Iz bakra se dobivaju vodiči s izvrsnim karakteristikama performansi. Naravno, ovaj metal se koristi ne samo u elektrotehnici, već iu drugim industrijama. Njegova se potražnja objašnjava, između ostalog, njezinim svojstvima, kao što su otpor na oštećenje korozije u brojnim korozivnim medijima, vatrenost, duktilnost itd.

Povijesna pozadina

Bakar je metal poznat čovjeku od davnih vremena. Rano upoznavanje ljudi s ovim materijalom objašnjava se prvenstveno njezinim širenjem u prirodi u obliku nuggetsa. Mnogi znanstvenici vjeruju da je bakar bio prvi metal, čovjek obnovljen od spojeva kisika. Jednom davno, stijene su jednostavno zagrijane na vatri i drastično su se ohladile, uzrokujući ih da puknu. Kasnije je obnova bakra počela proizvoditi na krijesama s dodatkom ugljena i pelene. Poboljšanje ove metode u konačnici je dovelo do stvaranja osovinska peć. Još kasnije, ovaj metal počinje se proizvoditi metodom oksidacijskog taljenja ruda.

Bakar: električna vodljivost materijala

U mirnom stanju, svi slobodni elektroni bilo kojeg metala rotiraju se oko jezgre. Prilikom spajanja vanjskog izvora utjecaja, oni su poravnani u određenom slijedu i postaju nosači struje. Stupanj sposobnosti metala da prođe kroz posljednji nazivaju se električna vodljivost. Jedinica mjerenja u međunarodnom SI je Siemens, definirana kao 1 cm = 1 Ω^-1.

Električna vodljivost bakra je vrlo visoka. Na ovom pokazatelju ona nadilazi sve ne-plemenite metale poznate danas. Bolje od njezina trenutka prolazi samo srebro. Pokazatelj električne vodljivosti bakra je 57x104 cm^-1 na temperaturi od +20 ° C Zbog ove imovine, ovaj metal je trenutno najkorišteniji dirigent od svih koji se koriste u proizvodnji i kućanstvu.

Bakar savršeno podnosi konstantna električna opterećenja te je također pouzdan i izdržljiv. Među ostalim, ovaj metal karakterizira visoka točka taljenja (1083,4 ° C). I ovo, zauzvrat, omogućava bakru da radi dugo vremena u grijanom stanju. Kao prevalencija kao tekući vodič, samo se aluminij može natjecati s ovim metalom.

Učinak nečistoća na električnu vodljivost bakra

Naravno, u naše vrijeme mnogo se sofisticiranijih metoda koristi za otapanje crvenog metala nego u antici. Međutim, čak i danas je gotovo nemoguće dobiti potpuno čist Cu. U bakru su uvijek različite vrste nečistoća. To može biti, na primjer, silicij, željezo ili berilij. U međuvremenu, što je više nečistoća u bakru, to je niži indeks njegove električne vodljivosti. Na primjer, za proizvodnju žica, prikladno je samo dovoljno čist metal. Prema standardima, bakar se može upotrijebiti u tu svrhu s količinom nečistoća koja ne prelazi 0,1%.

Vrlo često ovaj metal sadrži određeni postotak sumpora, arsena i antimona. Prva supstancija značajno smanjuje plastičnost materijala. Električna vodljivost bakra i sumpora jako varira. Ova nečistoća uopće ne provodi struju. To jest, to je dobar izolator. Međutim, električna vodljivost bakrenog sumpora ne utječe gotovo ništa. Isto vrijedi i za toplinsku vodljivost. S antimonom i arsenom promatra se suprotna slika. Ovi elementi vodljivost bakra mogu značajno smanjiti.

legure

Može se koristiti različite vrste aditiva i posebno povećati čvrstoću takvog nodularnog materijala kao što je bakar. Oni također smanjuju električnu vodljivost. No njihova upotreba omogućava znatno produžavanje života različitih proizvoda.

Najčešće se Cd (0,9%) koristi kao povećanje snage bakrenog aditiva. Rezultat je kadmija bronca. Njegova vodljivost je 90% vodljivosti bakra. Ponekad, umjesto kadmija, aluminij se također koristi kao aditiv. Vodljivost ovog metala je 65% istog bakrenog indeksa. Kako bi se poboljšala čvrstoća žica u obliku aditiva, mogu se koristiti i drugi materijali i tvari, poput kositra, fosfora, kroma, berilijuma. Rezultat je bronca određene marke. Povezivanje bakra s cinkom zove se mjed.

Alloy Properties

Ovisi o električna vodljivost metala ne samo na količinu nečistoća prisutnih u njima nego i na drugim pokazateljima. Na primjer, s povećanjem temperature zagrijavanja, sposobnost bakra da prođe kroz struju se smanjuje. Čak i način njegove proizvodnje utječe na električnu vodljivost takve žice. U svakodnevnom životu iu proizvodnji mogu se upotrijebiti i mekani žareni bakreni vodiči i čvrste cijevi bakra. U prvoj vrsti, sposobnost prolaska kroz struju je veća.

Međutim, najviše od svega, naravno, upotrijebljeni aditivi i njihova količina utječu na električnu vodljivost bakra. Tablica u nastavku daje čitatelju iscrpne informacije o sposobnosti da se struja prenese na najčešće legure ovog metala.

Električna vodljivost mesinga i bakra je usporediva. Međutim, za prvi metal, ta je brojka naravno malo niža. Ali istodobno je veća nego u bronci. Kao dirigent mjedi se koristi prilično široko. Prolazi trenutni lošiji od bakra, ali to košta manje. Najčešće mjedi su napravili kontakte, stezaljke i razne dijelove za radio opremu.

Bakrene legure visoke otpornosti

Takvi vodički materijali koriste se uglavnom u proizvodnji otpornika, reostata, mjernih instrumenata i električnih uređaja za grijanje. Najčešće se za ovu svrhu koriste bakrene slitine konstantan i manganina. Otpornost na prvi (86% Cu, 12% Mn, 2% Ni) je 0,42-0,48 micromhos / m, a drugi (60% Cu, 40% Ni) - 0.48-0.52 micromhos / m.

Odnosi s koeficijentom toplinske vodljivosti

Specifična električna vodljivost bakar - 59 500 000 S / m. Ovaj je pokazatelj, kao što je već spomenuto, točan, ali samo na temperaturi od +20 ^okoPostoji određen odnos između koeficijenta toplinske vodljivosti bilo kojeg metala i provodljivosti. Uspostavlja svoj Wiedemann-Franz zakon. Obavlja se za metale pri visokim temperaturama i izražava se sljedećom formulom: K / gamma- = pi-² / 3 (k / e)²T, gdje je y vodljivost, k je Boltzmannova konstanta, a e je elementarna naboja.

Naravno, postoji slična veza s metalom kao što je bakar. Toplinska vodljivost i električna vodljivost su vrlo visoka. Na drugom mjestu nakon srebra, to je na oba ova pokazatelja.

Priključivanje bakrenih i aluminijskih žica

Nedavno je počela upotrebljavati električnu opremu sve veće snage u svakodnevnom životu i industriji. U sovjetskim vremenima ožičenje se uglavnom sastojalo od jeftinog aluminija. Nažalost, njegove karakteristike ne odgovaraju novim zahtjevima. Stoga se danas u svakodnevnom životu i industriji vrlo često aluminijske žice mijenjaju u bakrene. Glavna prednost ovog potonjeg je, osim vatrenosti, da njihovo vodljivo svojstvo ne smanjuje oksidacijskim procesom.

Često se tijekom modernizacije električnih mreža moraju povezati aluminijske i bakrene žice. Ne možete to učiniti izravno. Zapravo, električna vodljivost aluminija i bakra nije jako drugačija. Ali samo oni metali. Oksidativni filmovi aluminijskih i bakrenih svojstava nisu isti. Zbog toga se vodljivost na spoju značajno smanjuje. Oksidirajući film u aluminiju je mnogo otporniji od bakra. Stoga se spoj ove dvije vrste vodiča mora izvesti isključivo pomoću posebnih adaptera. To može biti, na primjer, stezaljke koje sadrže tijesto koje štiti metale od pojave oksida. Ova verzija prilagodnika obično se koristi kada povezivanje žica na ulici. U prostorijama često se koriste granični stezaljke. Njihov dizajn uključuje posebnu ploču koja eliminira izravan kontakt između aluminija i bakra. U nedostatku takvih vodiča u kući, umjesto da uvijate žice, preporuča se da se sredstvo za pranje i maticu koristi kao srednji "most".

Fizička svojstva

Tako smo otkrili što je električna vodljivost bakra. Ovaj pokazatelj može varirati ovisno o nečistoćama uključenim u sastav tog metala. Međutim, potražnja za bakar u industriji određena je drugim korisnim fizičkim svojstvima, informacije o kojima se može dobiti iz donje tablice.

Kemijska svojstva

U skladu sa takvim svojstvima bakra, električne vodljivosti i toplinsku vodljivost koja je vrlo visoka i je između elemenata prvog trijade grupe VIII, i prvi alkalne skupine periodnog sustava elemenata. Njegova glavna kemijska svojstva uključuju:

• sklonost stvaranju kompleksa;

• sposobnost da se dobiju obojeni spojevi i netopljivi sulfidi.

Najviše karakteristika za bakar je dvovalentno stanje. Sličnosti s alkalnim metalima, gotovo nema. Njegova kemijska aktivnost je također niska. U prisutnosti CO₂ ili vlaga na površini bakra formira zeleni karbonatni film. Sve soli bakra su otrovne tvari. U jednostrukom i dvovalentnom stanju ovaj metal formira vrlo stabilan kompleksnih spojeva. Najvažnije za industriju su amonijak.

Opseg upotrebe

Visoka toplinska i električna vodljivost bakra određuje široku primjenu u različitim industrijama. Naravno, najčešće se ovaj metal koristi u elektrotehnici. Međutim, to nije jedina sfera njezine primjene. Između ostalog se može koristiti bakar:

• u biznisu nakita;

• u arhitekturi;

• prilikom montaže vode i sustava grijanja;

• u plinovodima.

Za izradu raznih vrsta nakita koristi se bakrena slitina sa zlatom. To vam omogućuje povećanje otpornosti nakita na deformaciju i habanje. U arhitekturi, bakar se može koristiti za okrenute krovove i fasade. Glavna prednost ovog završetka je trajnost. Na primjer, krov poznatog arhitektonskog orijentira - katoličke katedrale u njemačkom gradu Hildesheimu - obložen je plaštem tog metala. Bakreni krov ove zgrade pouzdano štiti svoj unutarnji prostor gotovo 700 godina.

Inženjerske komunikacije

Glavne prednosti bakrenih vodovodnih cijevi su i trajnost i pouzdanost. Osim toga, ovaj metal je sposoban dati posebna svojstva vode, što ga čini korisnim za tijelo. Za montažu plinovoda i sustava grijanja, također su idealne bakrene cijevi - uglavnom zbog otpornosti na koroziju i duktilnosti. S porastom tlaka u slučaju nužde, takve linije mogu izdržati mnogo veće opterećenje od čelika. Jedini nedostatak bakrenih cjevovoda je njihova visoka cijena.