Какое свойство меди используют в электротехнике

При ответе на вопрос, что собой представляет электротехническая медь, совсем не обязательно изучать лекции по такой науке, как  химия, и заучивать определенные прописные термины. Достаточно обратить внимание на самые важные технические и эксплуатационные характеристики меди. Стоит рассмотреть основные методы ее получения, сферу применения, а также упомянуть о тех, кто занимается производством меди, предназначенной для нужд мировой электротехнической промышленности.

Если учесть тот факт, что примерно 80% от всей добываемой сейчас меди получаются в итоге переработки разных сульфидных руд, можно отметить, что материал отличается повышенными показателями себестоимости. Она обычно оправдана достаточно широким спектром ее использования.

Основные характеристики меди – электротехнической и стандартной

Медь, как материал, имеет по всем параметрам уникальное сочетание самых разных свойств. Среди них можно отметить такие преимущественные характеристики, как:

• Идеальные параметры стойкости к разрушительной коррозии;
• Высокий уровень эластичности;
• Наличие привлекательного цвета, а также фактуры;
• Высокие параметры проводимости тепла;
• Идеальная электропроводность.

После того, как медь полностью очищается от разнообразных примесей, она принимает розоватый оттенок на изломе, а также становится очень мягкой по структуре. Удаление большого количества разнообразных примесей в значительной степени повышает ее электро- и теплопроводность. По этой причине большая часть всей изготовленной меди идет на то, чтобы из нее были изготовлены разные электротехнические изделия.

В большом количестве случаев для достижения основных электротехнических нужд используется специальная чистая с технической точки зрения медь. В ней содержится примерно 0,02-0,04% кислорода. Для изделий, которые требуют максимальных показателей электропроводности, используют специальную, не имеющую в своем составе кислород, медь.

Среди самых важных качественных характеристик можно отметить такие факторы, как:

• Удельный вес примерно равен 8,93 г/cм3;
• Параметры сопротивления при 20 градусах равны примерно 0,0167 Ом х мм2/м;
• Показатели температуры для эффективного плавления, которая    составляет 1083 градусов.

В настоящее время предприятия из качественной меди производят самые разные  изделия, к которым можно отнести провода, кабели, обмотки для трансформаторов, а также электротехнические шины.

Основные методы получения меди

Качественная электротехническая медь представляет собой чистый металл, потому что любая, даже незначительная примесь значительно снижает показатели электропроводности. Например, всего 0,002 % такого вещества, как алюминий, несмотря на то, что он тоже является проводником, в состоянии привести к тому, что степень проводимости снизится примерно на 10%. Чего уж говорить о тех примесях, которые не являются проводниками вообще. Именно по этой причине любой технический брак не может быть допустимым.

Чтобы получить максимально качественную и чистую  медь, используется метод, который называется электрорафинированием, он основан на таком процессе, как электролиз. Производятся идеальные условия, способствующие отделению примесей от частиц самой меди. Обычно они оседают на одном каком-то электроде, потому в результате можно получить особую электромеханическую медь, чистота которой составляет 99,999%, от требуемого уровня, предназначенного для разных электротехнических нужд.

Можно отметить еще одну достаточно важную сферу применения – изготовление сплавов на основе меди или с добавлением ее. Интересным является то, что мягкая по структуре медь в сочетании с иными металлами образует совершенно не мягкие, но, наоборот, очень твердые сплавы, то есть растворы. В них атомы от разнообразных  металлов распределяются очень равномерно.

Если добавить в красную медь специальный продукт огневого процесса рафинирования, добавление небольшого количества мышьяка серьезно увеличит параметры ее прочности, но одновременно с этим будут ухудшены возможности такого процесса, как сварка.

Область применения меди

По показателям востребованности, весь объем меди, которая потребляется на мировом рынке, «расходится» в таких пропорциях:

• Современная электротехника и подобные качественные изделия – примерно 70%;
• Конструкционные элементы строительных объектов – 15%;
• Детали от машин и иных элементов  – около 5%;
• Разнообразные транспортные области составляют 4%;
• На все остальное и на военные нужды в том числе приходится примерно 6%.

Относительно отраслей современной промышленности, то здесь первое место отведено именно строительству. К ней относится около 40% от общего объема меди, которая производится на данный момент.

Такая область современной промышленности, как электроника, забирает примерно 25%, на сферу машиностроения приходится 14 %, а на транспортную область около 11%. На широко потребление идет остаток в 9%.

Так как низкокислородная и не имеющая кислорода медь обладает идеальными литьевыми качествами, она может применяться в процессе изготовления выполненных из мели  труб, для производства химико-технологического качественного современного оборудования, производительных автомобильных радиаторов и стандартных бытовых труб водопровода.

Производители качественной меди

Вся  медь должна полностью соответствовать требованиям ГОСТа 434-78. По ним выпускают специальные медные шины такие промышленные предприятия, как:

• ГМК «Норильский никель», являющийся одним из самых крупным и основных производителей на территории России;
• Холдинг УГМК;
• ЗАО «Русская медная компания». В  компании находится 11 предприятий в Казахстане и четырех крупных областей России.

Это крупные предприятия, но есть и более мелкие.

Разнообразные полезные детали

Общая технология изготовления медных шин является одинаковой на всех без исключения предприятиях, но современного покупателя интересует стоимость, которая при высоком качестве будет более доступной. Стоит отметить, что современные предприятия России соревнуются не в параметрах качества, так как оно у всех довольно высокое, но исключительно в стоимостной политике.

Чтобы достигнуть определенных условий в процессе работы основных токоведущих деталей, при  изготовлении применяются разные инновационные решения и современные технические подходы:

• Полоса коллектора, то есть определенный сплав серебра и качественной меди, который превосходит обычную чистую по качеству медь по основным техническим и эксплуатационным качествам;
• Электротехнические используемые в промышленности профили, имеющие    прямоугольную форму особого назначения;
• Совершенно твердые, имеющие чистую  поверхность и полутвердые шины;
• Есть шины со специальным закруглением всех малых по параметрам сторон производимого сечения и так далее.

По причине подобного закругления можно достигнуть стойкости присутствующего покрытия изоляции, так как нет каких-либо резких по форме изгибов на всех углах. Также серьезно экономится общее количество меди без одновременной потери качественной проводимости. Еще одним преимуществом является эффективное распределение всей токовой нагрузки, причем максимально одинаково по всему сечению.

Шины, которые имеют более высокую чистоту всей присутствующей поверхности, предназначены для определенного электролитического покрытия участка следующего контакта серебром. Таким образом, можно достигнуть значительного снижения величины общего показателя сопротивления контакта.

По вопросам приобретениря кабелей из качественной электротехнической меди:

Характеристики основных физико-механических свойств меди

В деформированном состоянии прочность меди выше, чем у отожженного металла, а значения электропроводности понижены.

Медные шины изготавливаются по ГОСТ 434-78. Состояния, в котором поставляются медные шины потребителю: не отожженная (маркировка — Т-твердое), отожженным (М-мягкое) и ТВ-твердые шины, изготовленные из бескислородной меди.

Применение меди в электротехнике.

Медь используется в чистом виде: в производстве кабельных изделий, шин голого и контактного проводов, электрогенераторов, телефонного и телеграфного оборудования и радиоаппаратуры. Из меди изготавливают теплообменники, вакуум-аппараты, трубопроводы. Более 30% меди идет на сплавы. Сплавы меди с другими металлами используют в машиностроении, в автомобильной и тракторной промышленности (радиаторы, подшипники), для изготовления химической аппаратуры, изготовление силовых кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках энергосберегающих электроприводов (быт: электродвигателях) и силовых трансформаторов.

Твердая медь применяется для обеспечения высокой механической прочности, твердости и сопротивляемости истирания: контактные провода, шины распределительных устройств, коллекторные пластины электрических машин, изготовление волноводов и экранов, токопроводящие жилы кабелей и проводов диаметром до 0,2 мм.

Мягкая медь применяется в кабелях для гибкости и пластичности (отсутствие «пружинения» при изгибе): изготовление фольги , токопроводящие жилы круглого и прямоугольного сечения.

Задание №146

Эффектом Холла называется возникновение поперечного электрического поля и разности потенциалов в проводнике или полупроводнике, по которым проходит электрический ток, при помещении их в магнитное поле, перпендикулярное к направлению тока.

Если в магнитное поле с индукцией поместить проводник или электронный полупроводник, по которому течет электрический ток плотности j, то на электроны, движущиеся со скоростью V в магнитном поле, действует сила Лоренца F, отклоняющая их в определенную сторону (рис. 1).

Действие силы Лоренца на движущийся отрицательный заряд

Рис. 1

На противоположной стороне скапливаются положительные заряды.

В дырочном полупроводнике знаки зарядов на поверхностях меняются на противоположные (рис. 2).

Действие силы Лоренца на движущийся положительный заряд

Рис. 2

Поперечное электрическое поле препятствует отклонению движущихся заряженных частиц магнитным полем. Образующаяся разность потенциалов:

Dj = R (BЧI /d),

где I — сила тока;

d — линейный размер образца в направлении вектора B;

R — постоянная Холла.

Напряженность поперечного электрического поля определяется соотношением:

Ēп = R (B ґ j).

Для металлов и примесных полупроводников с одним типом проводимости:

R = A/nq (в СИ), R = A/cnq (в гауссовой системе),

Ē где с = 3*108 м/с — электродинамическая постоянная;

q и n — заряд и концентрация носителей тока;

А — безразмерный числовой коэффициент порядка единицы, связанный со статистическим характером распределения скоростей носителей тока.

По знаку постоянной Холла определяют тип проводимости полупроводника или проводника: при электронной проводимости q = -e (e — заряд электрона) и R < 0; при дырочной проводимости q = e и R > 0. По величине R можно определить концентрацию носителей тока.

Для полупроводников со смешанной проводимостью (n-типа и р-типа) постоянная Холла в общем случае зависит не только от подвижностей и концентраций обоих типов носителей тока — электронов (ue, ne) и дырок (uk, nk) — но и от величины магнитной индукции. Для слабых магнитных полей, т.е. при условии:

B << max(1/ue, 1/uk) (в СИ),

B/c << max(1/ue, 1/uk) (в гауссовой системе),

постоянная Холла равна:

R = (A/e) (uk nk — ue2 ne) / (uknk + uene)2 (в СИ),

R = (A/сe) (uk nk — ue2 ne) / (uknk + uene)2 (в гауссовой системе).

Знак постоянной Холла позволяет определить тип преимущественной проводимости полупроводника.