4 Классификация проводниковых материалов

Проводниковые материалы можно разделить на 3 основные группы:

1. Материалы высокой электрической проводимости.

2. Материалы с высоким удельным сопротивлением.

3. Неметаллические проводники.

К первой группе принадлежат проводники с удельным сопротивлением меньшим чем 0,1 мкОм^.м. Основное их использование - монтажные и обмоточные провода, распределительные шины и т. п. Поэтому основные требования к параметрам материалов этой группы следующие:

1. Малое удельное сопротивление - для уменьшения потерь.

2. Стойкость к коррозии - для эксплуатации материалов при разных внешних воздействиях.

3. Малый удельный вес - для уменьшения веса устройства.

4. Дешевизна и технологичность.

5. Относительная легкость пайки или сварки - для уменьшения переходного сопротивления в местах контактов.

У наибольшей ступени этим требованиям удовлетворяют медь и алюминий, а также их сплавы (латунь, бронза, альдрей).

Ко второй группе относятся проводники с удельным сопротивлением бiльшем 0,3 мкОм^.м. Их использование связано с изготовлением образцовых резисторов и нагревательных элементов. Требование к материалам для образцовых резисторов:

1. Высокое удельное сопротивление - для уменьшения габаритов устройства.

2. Малое значение температурного коэффициента удельного сопротивления - для повышения термостабильности резистора.

3. Малое значение термоЭДС относительно меди - для уменьшения паразитных сигналов в резисторах.

У наибольшей мере перечисленным требованиям удовлетворяют: константан (сплав 60% меди, 40% никеля) и манганин (сплав 86% меди, 12% марганца, 2% никеля). У первого существенно меньший температурный коэффициент удельного сопротивления опору, а у второго - термоЭДС относительно меди.

Требования к материалам, которые используются в нагревательных приборах следующие:

1. Высокое удельное сопротивление - для достижения необходимой температуры в малых объемах.

2. Высокая жаростойкость.

3. Наличие прочного окисла на поверхности металла. В противном случае материал будет быстро разрушаться (например, вольфрам при работе на воздухе).

4. Температурные коэффициенты линейного расширения окисла и сплава должны быть близкими по значению. Иначе при нагреве произойдет растрескивание хрупкого окисла и постепенное разрушение материала.

Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют сплавы типа нихром (никель - хром).

К третьей группе относятся в первую очередь модификации углерода, которые проводят электрический ток: графит, пиролитический углерод. Электроугольные изделия широко используются в качестве скользящих токосъемников в электродвигателях и генераторах.

Контрольные вопросы

1. Чем определяется удельное сопротивление металлов?

2. Как зависит удельное сопротивление металлов от температуры?

3. Как зависит удельное сопротивление металлов от содержания примеси?

4. Сформулируйте требования к материалам, которые используются для нагревательных приборов.

5. Сформулируйте требования к материалам, которые используются для образцовых резисторов.

6. Что такое явление сверхпроводимости?

7. Каким путем можно получить термостабильные проводящие материалы?

8. Каким путем можно получить высокоомные проводящие материалы?

9. Приведите и объясните правило Маттисена.

10. Приведите и объясните правило Линде.