Медзь: электраправоднасць, ўласцівасці, асаблівасці і прымяненне

У многіх галінах сучаснай прамысловасці вельмі шырока выкарыстоўваецца такі матэрыял, як медзь. Электраправоднасць у гэтага металу вельмі высокая. Гэтым і тлумачыцца мэтазгоднасць яго прымянення перш за ўсё ў электратэхніцы. З медзі атрымліваюцца праваднікі з выдатнымі эксплуатацыйнымі характарыстыкамі. Вядома ж, выкарыстоўваецца гэты метал не толькі ў электратэхніцы, але і ў іншых галінах прамысловасці. Тлумачыцца яго запатрабаванасць у тым ліку і такімі яго якасцямі, як ўстойлівасць да каразійных разбурэнняў у шэрагу агрэсіўных асяроддзяў, тугаплаўкія, пластычнасць і г.д.

Гістарычная даведка

Медзь з'яўляецца металам, вядомым чалавеку з глыбокай старажытнасці. Тлумачыцца ранняе знаёмства людзей з гэтыя матэрыялам перш за ўсё яго шырокай распаўсюджанасцю ў прыродзе ў выглядзе самародкаў. Многія навукоўцы лічаць, што менавіта медзь была першым металам, адноўленым чалавекам з кіслародных злучэнняў. Калісьці горныя пароды проста награвалі на вогнішчы і рэзка астуджвалі, у выніку чаго яны рэпаліся. Пазней аднаўленне медзі пачалі вырабляць на вогнішчах з даданнем вугалю і пададзьмуўшы мяхамі. Удасканаленне гэтага спосабу ў канчатковым выніку прывяло да стварэння шахтавай печы. Яшчэ пазней гэты метал пачалі атрымліваць метадам акісляльнай плаўкі руд.

Медзь: электраправоднасць матэрыялу

У спакойным стане ўсе вольныя электроны любога металу круцяцца вакол ядра. Пры падключэнні вонкавага крыніцы ўздзеяння яны выстройваюцца ў пэўнай паслядоўнасці і становяцца носьбітамі току. Ступень здольнасці металу прапускаць скрозь сябе апошні і называецца электропроводностью. Адзінкай яе вымярэння ў Міжнароднай СІ з'яўляецца сіменс, вызначаны як 1 Гл = 1 Ом ^-1.

Электраправоднасць медзі вельмі высокая. Па гэтым паказчыку яна пераўзыходзіць усе вядомыя на сёння невысакародныя металы. Лепш яе ток прапускае толькі срэбра. Паказчык электраправоднасці медзі складае 57х104 см ^-1 пры тэмпературы ў 20 ° С. Дзякуючы такому свайму ўласцівасці гэты метал на дадзены момант з'яўляецца самым распаўсюджаным правадніком з усіх якія выкарыстоўваюцца ў вытворчых і бытавых мэтах.

Медзь выдатна вытрымлівае пастаянныя электрычныя нагрузкі і да таго ж адрозніваецца надзейнасцю і даўгавечнасцю. Акрамя ўсяго іншага, гэты метал характарызуецца і высокай тэмпературай плаўлення (1083,4 ° С). А гэта, у сваю чаргу, дазваляе медзі доўгі час працаваць у нагрэтым стане. Па распаўсюджанасці ў якасці правадыра току канкураваць з гэтым металам можа толькі алюміній.

Уплыў прымешак на электраправоднасць медзі

Вядома ж, у наш час для выплаўлення гэтага чырвонага металу выкарыстоўваюцца значна больш дасканалыя методыкі, чым у старажытнасці. Аднак і сёння атрымаць зусім чысты Cu практычна немагчыма. У медзі заўсёды прысутнічаюць рознага роду прымешкі. Гэта могуць быць, да прыкладу, крэмній, жалеза або берылій. Між тым, чым больш прымешак у медзі, тым менш паказчык яе электраправоднасці. Для вырабу правадоў, да прыкладу, падыходзіць толькі дастаткова чысты метал. Згодна з нарматывам, для гэтай мэты можна выкарыстоўваць медзь з колькасцю прымешак, якi не перавышае 0.1%.

Вельмі часта ў гэтым метале змяшчаецца пэўны працэнт серы, мыш'яку і сурмы. Першае рэчыва значна зніжае пластычнасць матэрыялу. Электраправоднасць медзі і серы моцна адрозніваецца. Ток гэтая прымешка зусім не праводзіць. Гэта значыць з'яўляецца добрым ізалятарам. Аднак на электраправоднасць медзі сера не ўплывае практычна ніяк. Тое ж самае тычыцца і цеплаправоднасці. З сурмой і мыш'яком назіраецца зваротная карціна. Гэтыя элементы электраправоднасць медзі здольныя змяншаць значна.

сплавы

Рознага роду дабаўкі могуць выкарыстоўвацца і спецыяльна для павышэння трываласці такога пластычнага матэрыялу, як медзь. Электраправоднасць яе яны таксама зніжаюць. Але затое іх прымяненне дазваляе значна падоўжыць тэрмін службы рознага роду вырабаў.

Часцей за ўсё ў якасці якая падвышае трываласць медзі дабаўкі выкарыстоўваецца Cd (0.9%). У выніку атрымліваецца кадміевага бронза. Яе праводнасць складае 90% ад праводнасці медзі. Часам замест кадмію ў якасці дадатку выкарыстоўваюць таксама алюміній. Праводнасць гэтага металу складае 65% ад гэтага ж паказчыку медзі. Для павышэння трываласці правадоў у выглядзе дабаўкі могуць прымяняцца і іншыя матэрыялы і рэчывы - волава, фосфар, хром, берылій. У выніку атрымліваецца бронза пэўнай маркі. Злучэнне медзі з цынкам называецца латунню.

характарыстыкі сплаваў

Залежаць электраправоднасць металаў можа не толькі ад колькасці наяўных у іх прымешак, але і ад іншых паказчыкаў. Да прыкладу з павышэннем тэмпературы нагрэву здольнасць медзі прапускаць скрозь сябе ток зніжаецца. Аказвае ўплыў на электраправоднасць такой дроту нават спосаб яе вырабу. У побыце і на вытворчасці могуць выкарыстоўвацца як мяккія отожженной медныя праваднікі, так і твердотянутые. У першай разнавіднасці здольнасць прапускаць скрозь сябе ток вышэй.

Аднак больш за ўсё ўплываюць, вядома ж, якія выкарыстоўваюцца дабаўкі і іх колькасць на электраправоднасць медзі. Табліца ніжэй ўяўляе чытачу вычарпальную інфармацыю адносна здольнасці прапускаць ток найбольш распаўсюджаных сплаваў гэтага металу.

Электраправоднасць латуні і медзі параўнальная. Аднак у першага металу гэты паказчык, вядома ж, трохі ніжэй. Але пры гэтым ён і вышэй, чым у бронз. У якасці правадыра латунь выкарыстоўваецца даволі-такі шырока. Ток яна прапускае горш медзі, але пры гэтым і варта танней. Часцей за ўсё з латуні робяць кантакты, заціскі і розныя дэталі для радыёапаратуры.

Медныя сплавы высокага супраціву

Такія правадніковыя матэрыялы ўжываюць у асноўным пры вырабе рэзістараў, рэастатаў, вымяральных прыбораў і электранагравальных прылад. Часцей за ўсё для гэтай мэты выкарыстоўваюцца медныя сплавы константан і манганин. Ўдзельнае супраціў першага (86% Cu, 12% Mn, 2% Ni) складае 0.42-0.48 мкОм / м, а другога (60% Cu, 40% Ni) - 0.48-0.52 мкОм / м.

Сувязь з каэфіцыентам цеплаправоднасці

Удзельная электраправоднасць медзі - 59 500 000 см / м. Гэты паказчык, як ужо згадвалася, верны, аднак толькі пры тэмпературы +20 ^аб С. Між каэфіцыентам цеплаправоднасці любога металу і ўдзельнай праводнасцю існуе пэўная сувязь. Ўсталёўвае яго закон Видемана - Франца. Выконваецца ён для металаў пры высокіх тэмпературах і выяўляецца ў такой формуле: K / γ = π ^2/3 (k / e) ² T, дзе y - ўдзельная праводнасць, k - пастаянная Больцмана, e - элементарны зарад.

Зразумела, існуе падобная сувязь і ў такога металу, як медзь. Цеплаправоднасць і электраправоднасць у яе вельмі высокія. На другім месцы пасля срэбра яна знаходзіцца па абодвух гэтых паказчыках.

Злучэнне медных і алюмініевых правадоў

У апошні час у побыце і прамысловасці пачала ўжывацца электраабсталяванне ўсё больш высокай магутнасці. У часы СССР праводка выраблялася ў асноўным з таннага алюмінія. Новым патрабаванням яе эксплуатацыйныя характарыстыкі, на жаль, ужо не адпавядаюць. Таму сёння ў побыце і ў прамысловасці вельмі часта алюмініевыя драты мяняюцца на медныя. Асноўным перавагай апошніх, акрамя тугаплаўкія, з'яўляецца тое, што пры акісляльным працэсе іх токаправодныя ўласцівасці не памяншаюцца.

Часта пры мадэрнізацыі электрасетак алюмініевыя і медныя драты прыходзіцца злучаць. Рабіць гэта наўпрост нельга. Уласна, электраправоднасць алюмінія і медзі адрозніваецца не занадта моцна. Але толькі ў саміх гэтых металаў. Акісляльныя жа плёнкі у алюмінія і медзі ўласцівасці маюць неаднолькавыя. З-за гэтага значна зніжаецца праводнасць ў месцы злучэння. Акісляльная плёнка у алюмінія адрозніваецца значна вялікім супрацівам, чым у медзі. Таму злучэнне гэтых двух разнавіднасцяў правадыроў павінна рабіцца выключна праз адмысловыя перахаднікі. Гэта могуць быць, да прыкладу, заціскі, якія змяшчаюць пасту, якая абараняе металы ад з'яўлення вокісу. Дадзены варыянт перахаднікоў звычайна выкарыстоўваецца пры злучэнні правадоў на вуліцы. У памяшканнях часцей прымяняюцца ответвительные сціскі. У іх канструкцыю ўваходзіць спецыяльная пласціна, якая выключае прамы кантакт паміж алюмініем і меддзю. Пры адсутнасці такіх правадыроў у бытавых умовах замест скручвання правадоў наўпрост рэкамендуецца выкарыстоўваць шайбу і гайку ў якасці прамежкавага «мастка».

фізічныя ўласцівасці

Такім чынам, мы высветлілі, якая электраправоднасць у медзі. Паказчык гэты можа мяняцца ў залежнасці ад ўваходзяць у склад гэтага металу прымешак. Аднак запатрабаванасць медзі ў прамысловасці вызначаецца і іншымі яе карыснымі фізічнымі ўласцівасцямі, атрымаць інфармацыю пра якія можна з прадстаўленай ніжэй табліцы.

хімічныя ўласцівасці

Па такіх характарыстыках медзь, электраправоднасць і цеплаправоднасць якой вельмі высокія, займае прамежкавае становішча паміж элементамі першай трыяды восьмы групы і шчолачнымі першай групы табліцы Мендзялеева. Да асноўных яе хімічным уласцівасцям адносяць:

• схільнасць да комплексообразованию;

• здольнасць даваць афарбаваныя злучэнні і нерастваральныя сульфід.

Найбольш характэрным для медзі з'яўляецца двухвалентным стан. Падабенства з шчолачнымі металамі яна не мае практычна ніякага. Хімічная актыўнасць яе таксама невялікая. У прысутнасці СА ₂ ці ж вільгаці на паверхні медзі утвараецца зялёная карбанатныя плёнка. Усе солі медзі з'яўляюцца атрутнымі рэчывамі. У адно-і двухвалентным стане гэты метал ўтварае вельмі ўстойлівыя комплексныя злучэнні. Найбольшае значэнне для прамысловасці маюць аміячныя.

сфера выкарыстання

Высокая цяпло-і электраправоднасць медзі вызначае яе шырокае прымяненне ў самых розных галінах прамысловасці. Вядома ж, часцей за ўсё гэты метал выкарыстоўваецца ў электратэхніцы. Аднак гэта далёка не адзіная сфера яго прымянення. Акрамя ўсяго іншага, медзь можа выкарыстоўвацца:

• у ювелірнай справе;

• у архітэктуры;

• пры зборцы водаправодных і ацяпляльных сістэм;

• у газаправодах.

Для вырабу рознага роду ювелірных вырабаў выкарыстоўваецца ў асноўным сплаў медзі з золатам. Гэта дазваляе павялічыць стойкасць упрыгожванняў да дэфармацый і ізаляцыі. У архітэктуры медзь можа выкарыстоўвацца пры абліцоўванні дахаў і фасадаў. Асноўным перавагай такога аздаблення з'яўляецца даўгавечнасць. Да прыкладу, лістамі менавіта гэтага металу абабітая дах шырока вядомай архітэктурнай славутасці - каталіцкага сабора ў нямецкім горадзе Хільдэсхайма. Медны дах гэтага будынка надзейна абараняе яго ўнутраная прастора вось ужо амаль 700 гадоў.

інжынерныя камунікацыі

Асноўнымі перавагамі медных вадаправодаў таксама з'яўляюцца даўгавечнасць і надзейнасць. Акрамя таго, гэты метал здольны надаваць вадзе асаблівыя унікальныя ўласцівасці, робячы яе карыснай для арганізма. Для зборкі газаправодаў і сістэм ацяплення медныя трубы таксама падыходзяць ідэальна - у асноўным дзякуючы сваёй каразійнай стойкасці і пластычнасці. Пры аварыйным павышэнні ціску такія магістралі здольныя вытрымліваць значна вялікую нагрузку, чым сталёвыя. Адзіным недахопам медных трубаправодаў з'яўляецца іх дарагоўля.