621.315

И 889

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания

для студентов II курса ЭМФ

Новосибирск

2009

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное агенство по образованию

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

_______________________________________________________

621.315

И 889

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания для студентов II курса ЭМФ

(направление 140600 – Электротехника,

электромеханика и электротехнологии)

дневного и заочного отделений

Новосибирск

2009

УДК 621.315.55 + 537.31

И 889

Составители: А.В. Шишкин, канд. хим. наук, доц.

О.С. Дутова, ст. препод.

Рецензент А.И. Алиферов, д-р техн. наук, проф.

Работа подготовлена на кафедре «Автоматизированные

электротехнологические установки»

 Новосибирский государственный

т ехнический университет, 2009

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

1. Цель работы

Определение удельного электросопротивления и его зависимости от температуры для металлов и сплавов. Расчет температурного коэффициента электросопротивления.

2. Теоретическое введение

Проводниковые материалы – одни из основных и широко применяемых материалов, что связано в первую очередь с повсеместным использованием электрической энергии. Они доставляют энергию электрического поля точно по назначению (материалы высокой проводимости, контактные, припои), нормируют ее (резистивные), преобразуют (материалы нагревательных элементов, сверхпроводники), являются функциональными элементами измерительных и управляющих устройств (термоэлектродные). Таким образом, спектр применения проводниковых материалов очень широк. Благодаря наличию металлической проводимости любой металл может быть использован как проводниковый в том или ином качестве.

2.1. Классификация проводниковых материалов

К проводниковым материалам относятся:

• материалы высокой проводимости;

• контактные материалы;

• припои и контактолы;

• резистивные материалы;

• материалы для нагревательных элементов;

• термоэлектродные материалы.

2.1.1. Материалы высокой проводимости

Главные требования, предъявляемые к материалам высокой проводимости,  это высокая электропроводность, доступность и технологичность. Основные материалы, которые по совокупности удовлетворяют этим требованиям, это медь, алюминий и их сплавы. Такой проводящий материал, как золото (проволока диаметром 510 мкм), широко используется, например, в электронной промышленности при производстве интегральных микросхем и полупроводниковых приборов.

2.1.1.1. Медь и ее сплавы

Промышленностью в качестве материалов высокой проводимости используется как чистая медь, так и сплавы на ее основе: латуни и бронзы.

Важнейшим из металлов высокой проводимости является медь, что обусловлено совокупностью характерных для нее свойств:

• минимальное удельное электросопротивление  (только серебро имеет  примерно на 5 % меньше, чем чистая медь;

• высокая для большинства случаев практического применения механическая прочность;

• удовлетворительная стойкость к воздействию окружающей среды;

• хорошая технологичность (благодаря сочетанию прочности и высокой пластичности медь перерабатывается в фольгу, ленты, листы, шины, профили для коллекторов электрических машин, проволоку и другие изделия);

• относительная легкость пайки и сварки, что особенно важно при монтажных работах.

Основной недостаток меди – ее относительная дефицитность, обусловленная относительно малой распространенностью в природе.

Наименьшим удельным электросопротивлением обладает чистая медь, примеси снижают ее электропроводность

Латуни – сплавы на основе меди, где главным легирующим элементом является цинк. По сравнению с медью они обладают более высокой механической прочностью и повышенным удельным электро­сопро­тивлением. Латуни стойки к атмосферной коррозии, однако многие сплавы, содержащие более 2030 % Zn, склонны к растрескиванию из-за одновременного действия остаточных напряжений в изделии и коррозионного воздействия аммиака, а также сернистого газа во влажной атмосфере. Это явление называется сезонной коррозией латуни, так как наблюдается оно в месяцы с повышенной влажностью. Растрескивание предотвращают, проводя отжиг при 250350 С для снятия остаточных напряжений.

Латуни широко применяются для изготовления различных токопроводящих деталей электрооборудования.

Бронзы – сплавы на основе меди, где главный легирующий элемент (за исключением цинка (латуни) и никеля (медно-никелевые сплавы)) определяет название бронзы. По сравнению с медью они обладают повышенными электросопротивлением, механической прочностью, твердостью, упругостью (как при нормальной, так и при повышенных температурах), стойкостью к истиранию. Для электротехники наибольший интерес представляют те бронзы, которые сочетают высокую удельную электропроводность  (бериллиевая бронза) с прочностью и твердостью (кадмиевая и хромовая бронзы). Из проводниковых бронз изготавливаются контактные провода для электрического транспорта, коллекторные пластины, контактные ножи, скользящие контакты, токоведущие пружины, упругие контактные элементы, щеткодержатели, электроды, зажимы и т.п.

Из литейных оловянных и безоловянных бронз изготовляются литые токоведущие детали сложной формы с удельной проводимостью, составляющей ~10 % от проводимости чистой меди.