Задача 2 Изучение основных свойств и параметров проводниковых материалов.

Исходные данные: бериллиевая бронза, электротехнический уголь.

Задание:

- дать определение проводника;

- привести практическую классификацию проводниковых материалов;

- назвать основные параметры проводников и кратко пояснить их физический смысл;

- для заданных материалов привести числовые значения этих параметров;

- кратко описать сами материалы, указать основные области их применения.

Решение:

Проводники — это тела, в которых имеются свободные носители заряда, то есть заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться внутри этих тел. Они имеют удельное электрическое сопротивление (р) меньше 10-8 Ом·м и предназначенные для коммутации.

Классификация проводниковых материалов основной классификационный признак является удельная проводимость или удельное сопротивление:

а) высокоэлектропроводные (низкоомные) проводниковые материалы - используются в качестве проводников;

б) высокоомные (резистивные) проводниковые материалы - используются в качестве различного рода сопротивлений и резистивных элементов;

в) (иногда выносят в отдельную группу) материалы, имеющие особенности изменения сопротивления под действием внешних факторов - терморезистивные (под действием температуры), тензорезистивные (под действием упругих деформаций и напряжений), фоторезистивные (под действием излучения).

Основные параметры проводников:

удельное сопротивление характеризует его способность проводить электрический ток. Единица измерения удельного сопротивления в Ом·м; также измеряется в Ом·см и Ом·мм²/м. Физический смысл удельного сопротивления: сопротивление однородного куска проводника длиной 1 м и площадью токоведущего сечения 1 м²;

удельная проводимость это способность тела проводить электрический ток, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению, единицей измерения электрической проводимости является сименс (См);

плотность тока - векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади;

температурный коэффициент сопротивления – величина, выражающая относительное изменение сопротивления при изменение температуры.

Бериллиевые бронзы  относятся к классу так называемых дисперсионно упрочняемых сплавов, характерной особенностью которых является зависимость растворимости легирующих компонентов от температуры. При  закалке из однофазной области  в твердом растворе фиксируется избыточное количество атомов легирующего компонента по сравнению с равновесным состоянием для данной системы. Образовавшийся пересыщенный твердый раствор термодинамически неустойчив  и стремится к распаду ,  процесс активизируется с повышением температуры.  Эффект упрочнения определяется дисперсностью выделений образовавшихся при распаде.

По данным аналитического агентства Roskill мировое потребление бериллиевых бронз к началу 21 века оценивалось величиной более 20 тысяч тонн в год.

Как сообщалось выше, использование бериллиевых бронз оправдано в тех случаях когда требуется:

-              высокая электропроводность;

-              высокая теплопроводность;

-              высокие технические и, особенно упругие свойства;

-              высокая коррозионная стойкость;

-              отсутствие у материала ферро-магнитных свойств;

-              безискровой материал.

Электротехнический уголь – это твёрдый неметаллический материал на базе углерода, который является полупроводником и проводимость которого (особенно с соответствующими примесями) немногим меньше проводимости металлов и сплавов.

Электротехнический уголь получают из сажи, каменного угля, кокса, естественного графита. Сырьевые материалы, служащие для изготовления электроугольных изделий, измельчаются, сортируются, смешиваются со связующими веществами (каменноугольная смола или жидкое стекло). Приготовленная масса протягивается через мундштук (при изготовлении стержневых электродов) или прессуется в пресс-формах (при изготовлении угольных изделий сложной формы). Затем угольные заготовки подвергают обжигу при температуре 800— 3000°. Щетки электрических машин служат для создания скользящего контакта между неподвижными и подвижными частями машин.

Важнейшие виды электротехнических угольных изделий: - щётки для электромашин; - угольные электроды для электропечей, электрических ванн, гальванических элементов, сварочных аппаратов; - осветительные угли; - детали электровакуумных приборов (аноды, сетки); - микрофонные порошки, мембраны (в технике связи); - непроволочные резисторы (керамический стержень, плёнка угля, защитная плёнка лака).