Реферат: Матеріали високої провідності. Сплави та неметалеві провідники
Альдрей є легшим за алюміній та близьким до нього за питомим опором, при цьому за механічними властивостями він більш наближений до твердотягнутої міді.
Сталеалюмінієвий дріт – широко використовується в електротехніці для побудови ліній електропередач. Це скручений стальний дріт з алюмінієвими жилами. Механічні властивості забезпечує сталь, а електричні алюміній. В цьому дроті, при високих напругах, небезпека виникнення коронного розряду є меншою ніж у мідному, завдяки меншій величині напруженості електричного поля на його поверхні, яка визначається більшим зовнішнім діаметром.
Залізо (сталь) – найбільш дешевий та доступний з високою механічною міцністю метал, однак навіть чисте залізо у порівнянні з міддю та алюмінієм характеризується великим питомим опором ρ = 0,1 [мкОм ·м]. У сталі за рахунок вуглецю опір є ще більшим. У сталі при змінному струмі проявляється поверхневий ефект, тому активний опір стальних провідників змінному струму є більшим за омічний опір постійному струму. У якості провідникового матеріалу, як правило застосовують м’яку сталь із вмістом вуглецю 0,1÷0,15%. Для неї є характерними наступні параметри:
межа міцності при розтягуванні – σρ =700÷750 [МПа];
відносне подовження перед розривом – ∆ℓ/ℓ=5÷8%;
питома провідність (γ) в 6–7 разів менша ніж у міді.
Застосування м’якої сталі є вигідним для виготовлення дротів повітряних ліній, призначених для передачі невеликих потужностей (невеликого струму), оскільки при малій силі струму, переріз дроту визначається не електричним опором, а насамперед його механічною стійкістю. Сталь, як провідник застосовується у вигляді шин, рейок трамваїв та електричних залізних доріг (у тому числі «третя рейка» метро). Для осердь сталеалюмінієвих дротів повітряних ліній електропередачі застосовується особливо міцний сталевий дріт з параметрами: σρ =1200÷1500 [МПа], ∆ℓ/ℓ=4÷5%.
Звичайна сталь є нестійкою до корозії, навіть при нормальній температурі, особливо в умовах підвищеної вологості вона швидко ржавіє. Для запобігання корозії сталь покривають цинком. Залізо характеризується високим температурним коефіцієнтом питомого ТКρ
Біметал – це сталь, зовнішня поверхня якої покрита міддю, причому обидва метали з’єднані один з одним міцно та безперервно по всій поверхні їхнього зіткнення.
Способи виготовлення біметалу:
гарячий – стальна заготовка ставиться у форму, а проміжок між заготовкою та формою заливається розплавленою міддю, після чого вже біметалічну заготівку прокатують та протягують;
холодний – мідь електролітично осаджують на сталевий дріт, пропускаючи його крізь ванну з розчином мідного купоросу.
Біметал має механічні та електричні властивості проміжні між властивостями суцільних мідного та сталевого провідників того ж перерізу. Конструкція, в якій мідь розташовується в зовнішньому шарі, а сталь всередині забезпечує:
більш високу провідність всього дроту при змінному струмові;
захист сталі від корозії.
Біметалевий дріт характеризується наступними параметрами: зовнішній діаметр від 1 до 4 [мм]; відносний склад міді не менше 50%; межа міцності при розтягуванні σρ ≥550÷700 [МПа]; відносне подовження перед розривом ∆ℓ/ℓ≤2%; опір 1 [км] дроту постійному струму при 20 0 С в залежності від діаметра від 60 (при 1 [мм]) до 4 [Ом/км] при 4 [мм].
Біметалевий дріт застосовується для ліній зв’язку та електропередачі, з нього виготовляються шини для розподільчих пристроїв, різноманітні струмоведучі частини електричних апаратів.
Натрій металевий – отримується шляхом електролізу розплавленого хлористого натрію NaCl. Питомий опір натрію у 2,8 рази більше ніж у міді і у 1,7 рази більше ніж у алюмінію. Завдяки дуже малій щільності (він легше води; його щільність в 9 разів менша за щільність міді) дріт з натрію значно легше за дріт з будь-якого іншого металу. Однак натрій є хімічно активним матеріалом – він інтенсивно окислюється на повітрі та бурно реагує з водою, крім того, натрій є дуже м’яким матеріалом та має малу межу міцності при розтягуванні та інших деформаціях. Тому дріт з натрію повинен бути захищеним герметичною оболонкою, яка повинна також надавати дроту необхідні механічну міцність та електричну ізоляцію. Натрієві дроти та кабелі виготовляють в пластмасових (поліетиленових) оболонках.
2. Надпровідники та кріопровідники
В 1911 р. нідерландський фізик Х. Камерлінг – Оннес, при дослідженні електропровідності металів при «гелієвих» температурах (температура переходу гелію в рідкий стан, при нормальному тиску, 4,2 [К]) зробив відкриття, що опір кільця з замороженої ртуті, стрибком зменшується до мізерного значення, яке дуже важко виміряти. Таке явище отримало назву надпровідності.
Температура, при охолодженні до якої, речовина переходить в надпровідний стан, називається температурою надпровідного переходу ТН . Речовини, які здатні переходити в надпровідний стан, називаються – надпровідниками. Явище надпровідності носить зворотній характер, а саме при підвищенні температури надпровідність зникає і речовина переходить в нормальний стан з кінцевим значенням питомої провідності γ. Відомо 35 надпровідникових металів та більше тисячі сплавів та хімічних з’єднань різноманітних елементів. Явище надпровідності пов’язане з тим, що електричний струм одного разу наведений в надпровідному контурі, буде тривалий час (роками) циркулювати по цьому контуру без будь-якого підведення енергії ззовні (без урахування витрат енергії на роботу пристрою охолодження, який має підтримувати температуру контуру нижче значення ТН, характерного для даного надпровідного матеріалу). Такий надпровідний контур створює в просторі магнітне поле, подібне постійному магніту. Однак на практиці виготовити працюючий надпровідниковий електромагніт, який здатний створити в просторі магнітне поле з достатньо великими значеннями напруженості магнітного поля Н та магнітної індукції В виявилося проблематично. З’ясувалося, що надпровідність порушується не тільки при підвищенні температури до значень, що перевищують ТН але і при виникненні на поверхні надпровідника магнітного поля з магнітною індукцією, що перевищує індукцію переходу ВН . Кожному значенню температури ТН матеріалу, який знаходиться у стані надпровідності, відповідає відповідне значення індукції переходу ВН . Найбільша можлива температура переходу ТН0 (критична температура) даного надпровідникового матеріалу відповідає критичній магнітній індукції ВН0 і навпаки.
Параметри надпровідникових матеріалів
|
Надпровідник |
ТН0 , [К] |
ВН0 , [Тл] |
|
Елементарні І роду: | ||
|
Ірідій Ir |
0,14 |
К-во Просмотров: 286
Бесплатно скачать Реферат: Матеріали високої провідності. Сплави та неметалеві провідники
|