Bakır: elektriksel iletkenlik, özellikleri, özellikleri ve uygulamaları
Modern endüstrinin birçok dalındaBakır gibi bir malzeme yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu metalin elektrik iletkenliği çok yüksektir. Bu, uygulamasının yararlılığını öncelikle elektrik mühendisliğinde açıklar. Bakırtan mükemmel performans özelliklerine sahip iletkenler elde edilir. Tabii ki, bu metal sadece elektrik mühendisliğinde değil, diğer endüstrilerde de kullanılmaktadır. Diğer şeylerin yanı sıra, birtakım korozif ortamlarda korozyona dayanıklılık, refrakterlik, süneklik vb.
Tarihsel Arka Plan
Bakır, insanın bildiği bir metaldir.Antik çağ. Bu malzemeyle insanların erken tanışması, öncelikle doğanın geniş yayılımı ile nuggets şeklinde açıklanmaktadır. Birçok bilim adamı, ilk metal olan bakırın, oksijen bileşiklerinden geri kazanılmış bir insan olduğuna inanırlar. Bir zamanlar, kayalar basitçe ateşe ısıtıldı ve şiddetli şekilde soğutuldu ve çatlamalarına neden oldu. Daha sonra, bakırın restorasyonu, kömür ve üfleme kürklerinin ilavesi ile ateşli silahlar üzerinde üretmeye başladı. Bu yöntemin iyileştirilmesi sonunda bir şaft fırınının oluşturulmasına yol açmıştır. Daha sonra, bu metal cevherlerin oksidatif eritme yöntemiyle üretilmeye başlandı.
Bakır: Malzemenin elektriksel iletkenliği
Sakin bir halde tüm serbest elektronlarherhangi bir metal çekirdeğin etrafında döner. Harici bir darbe kaynağını bağlarken, bunlar belirli bir sırayla hizalanır ve akımın taşıyıcıları olurlar. Metalin sondan geçme kabiliyet derecesine elektriksel iletkenlik denir. Uluslararası SI'daki ölçüm birimi, 1 cm = 1 defined olarak tanımlanan Siemens’tir.-1.
Bakırın elektriksel iletkenliği çok yüksektir. Bu gösterge, bugün bilinen tüm soylu olmayan metalleri geride bırakıyor. Akımından daha iyi geçer sadece gümüş. Bakırın elektrik iletkenliğinin göstergesi 57x104 cm'dir.-1 +20 ° C sıcaklıkta Bu özellik nedeniyle, bu metal şu anda tüm üretim ve ev amaçlı kullanılan en yaygın kullanılan iletken.
Bakır mükemmel kalıcı elektriksel dayanıklılıkyük ve ayrıca güvenilir ve dayanıklıdır. Diğer şeylerin yanı sıra, bu metal yüksek bir erime noktasıyla (1083.4 ° C) karakterize edilir. Ve bu da, bakırın ısıtılmış halde uzun bir süre çalışmasına izin verir. Akım iletkeni olarak yaygınlık olarak, sadece bu metal ile alüminyum rekabet edebilir.
Kirliliklerin bakırın elektriksel iletkenliği üzerindeki etkisi
Tabii ki, bu bizim eritme zamanıkırmızı metal, antik çağlardan çok daha gelişmiş teknikler kullanır. Bununla birlikte, bugün bile tamamen saf bir Cu elde etmek neredeyse imkansızdır. Bakırda her zaman farklı türde safsızlıklar vardır. Örneğin silikon, demir veya berilyum olabilir. Bu arada, bakırdaki daha fazla safsızlık, elektriksel iletkenliğinin indeksi azalır. Tellerin üretimi için, örneğin, sadece yeterince saf bir metal uygundur. Standartlara göre, bakır bu amaçla% 0.1'i geçmeyen safsızlıklar ile kullanılabilir.
Çoğu zaman bu metal içerirBelirli bir oranda sülfür, arsenik ve antimon. İlk madde, malzemenin plastisitesini önemli ölçüde azaltır. Bakır ve sülfürün elektriksel iletkenliği büyük ölçüde değişir. Bu safsızlık akımı hiçbir şekilde yürütmez. Yani, iyi bir yalıtıcıdır. Bununla birlikte, bakır sülfürün elektrik iletkenliği neredeyse hiçbir şeyi etkilemez. Aynı ısı iletkenliği için de geçerlidir. Antimon ve arsenik ile karşıt resim gözlenir. Bu elementlerin bakır iletkenliği önemli ölçüde azaltabilir.
alaşımlar
Çeşitli katkı maddeleri kullanılabilir veözellikle böyle bir sünek malzemenin dayanıklılığını bakır olarak arttırmak için. Ayrıca elektrik iletkenliğini de azaltırlar. Ancak kullanımları, çeşitli ürünlerin ömrünü önemli ölçüde uzatmayı mümkün kılmaktadır.
Çoğu zaman mukavemet artırıcı bir bakır olarakkullanılan katkı maddeleri Cd (% 0.9). Sonuç kadmiyum bronzdur. İletkenliği bakırın iletkenliğinin% 90'ıdır. Bazen, kadmiyum yerine, alüminyum da bir katkı maddesi olarak kullanılır. Bu metalin iletkenliği aynı indeks bakırın% 65'idir. Tellerin mukavemetlerini katkı maddeleri şeklinde geliştirmek için kalay, fosfor, krom, berilyum gibi başka maddeler ve maddeler kullanılabilir. Sonuç belli bir markanın bronzudur. Bakırın çinko ile bağlantısı pirinç olarak adlandırılır.
Alaşım Özellikleri
Metallerin elektriksel iletkenliğiSadece onlar içinde bulunan safsızlıkların miktarında değil, aynı zamanda diğer göstergeler üzerinde. Örneğin, ısıtma sıcaklığındaki bir artışla, bakırın bir akımdan geçme kabiliyeti azalır. Üretiminin yolu bile böyle bir telin elektrik iletkenliğini etkiler. Günlük hayatta ve üretimde, hem yumuşak tavlı bakır iletkenler hem de katı çekilmiş bakır kullanılabilir. İlk türde, akımın içinden geçme yeteneği daha yüksektir.
Ancak, en önemlisi, elbette,Bakırın elektriksel iletkenliği üzerinde kullanılan katkı maddeleri ve miktarları. Aşağıdaki tablo, okuyucuya bu metalin en yaygın alaşımlarına akım geçirme yeteneği hakkında kapsamlı bilgi sağlar.
alaşım | Durum (O - tavlanmış, T-sertleştirilmiş) | Elektriksel iletkenlik (%) |
Saf bakır | aman | 101 |
T | 98 | |
Kalay bronz (% 0,75) | aman | 55-60 |
T | 50-55 | |
Kadmiyum Bronz (% 0.9) | aman | 95 |
T | 83-90 | |
Alüminyum bronz (% 2,5 Al,% 2 Sn) | aman | 15-18 |
T | 15-18 | |
Fosforlu bronz (% 7 Sn,% 0.1 P) | aman | 10-15 |
T | 10-15 |
Pirinç ve bakırın elektriksel iletkenliği karşılaştırılabilir. Ancak, ilk metal için, bu rakam, elbette, biraz daha düşüktür. Ancak aynı zamanda bronzdan daha yüksektir. Bir iletken pirinç oldukça yaygın olarak kullanılır. Şu anki bakırdan daha kötü geçer, ama daha az maliyetlidir. Çoğu zaman pirinç telsiz ekipmanları için kontaklar, kelepçeler ve çeşitli parçalar yaptı.
Yüksek dirençli bakır alaşımları
Bu iletken malzemeleresas olarak dirençler, reostatlar, ölçüm cihazları ve elektrikli ısıtma cihazları üretiminde. Çoğu zaman, bu amaç için bakırtan ve manganin bakır alaşımları kullanılır. İlk (% 86 Cu,% 12 Mn,% 2 Ni) özdirenci 0.42-0.48 μΩ / m ve ikincisi (% 60 Cu,% 40 Ni) 0.48-0.52 μΩ / m'dir.
Termal iletkenlik katsayısı ile ilişkisi
Bakırın belirli elektriksel iletkenliği 59 500 000 S / m'dir. Bu gösterge, daha önce de belirtildiği gibi, doğrudur, ancak sadece +20'lik bir sıcaklıkta yaklaşıkS. Herhangi bir metalin ısıl iletkenlik katsayısı ve iletkenlik arasında kesin bir ilişki vardır. Wiedemann-Franz yasasını kurar. Yüksek sıcaklıklarda metaller için gerçekleştirilir ve aşağıdaki formülde ifade edilir: K / γ = π2 / 3 (k / e)2T, y iletkenlik ise, k Boltzmann sabiti ve e temel yüktür.
Tabii ki, bakır gibi bir metal ile benzer bir bağlantı var. Termal iletkenlik ve elektriksel iletkenlik çok yüksektir. Gümüşten sonra ikinci sırada, bu iki göstergede de var.
Bakır ve alüminyum tellerin bağlantısı
Son zamanlarda, günlük yaşamda ve endüstride, başlangıçDaha yüksek güçte kullanılan elektrikli ekipman. Sovyet zamanlarında, kablolama çoğunlukla ucuz alüminyumdan yapılmıştır. Ne yazık ki, performans özellikleri yeni gereksinimlere uymuyor. Bu nedenle günümüzde günlük hayatta ve endüstride sıklıkla alüminyum teller bakır olanlara dönüştürülür. İkincisinin temel avantajı, refrakterliğe ek olarak, iletken özelliklerinin oksitleyici bir işlemle azalmamasıdır.
Genellikle elektrik şebekelerini modernize ederken, alüminyum veBakır teller bağlanmalıdır. Bunu doğrudan yapamazsınız. Aslında, alüminyum ve bakırın elektriksel iletkenliği çok farklı değildir. Ama sadece metallerin kendileri. Alüminyum ve bakır özelliklerinin oksidatif filmleri aynı değildir. Bu nedenle, kavşaktaki iletkenlik önemli ölçüde azalır. Alüminyum oksitleyici film bakırdan çok daha dayanıklıdır. Bu nedenle, bu iki tip iletkenin bağlantısı sadece özel adaptörler aracılığıyla yapılmalıdır. Örneğin, metalleri oksit görünümünden koruyan bir macun içeren kelepçeler olabilir. Adaptörlerin bu sürümü genellikle caddede kabloları bağlarken kullanılır. Tesislerde genellikle dallanma kelepçeleri kullanılmaktadır. Tasarımları, alüminyum ve bakır arasındaki doğrudan teması ortadan kaldıran özel bir levha içerir. Evdeki bu tür iletkenlerin yokluğunda, telleri bükmek yerine, yıkayıcı ve somunun ara bir "köprü" olarak kullanılması tavsiye edilir.
Fiziksel özellikleri
Böylece, hangibakırda elektriksel iletkenlik. Bu gösterge, bu metalin bileşiminde bulunan safsızlıklara bağlı olarak değişebilir. Bununla birlikte, endüstride bakır talebi, diğer faydalı fiziksel özellikleriyle belirlenir, bu bilgiler aşağıdaki tablodan elde edilebilir.
parametre | değer |
ızgara | Yüz merkezli kübik, a = 3.6074 Å |
Atomik yarıçap | 1,28 Å |
Özgül ısı | +20'da 385,48 J / (kg · K) yaklaşıkC |
Termal iletkenlik | +20 da 394.279 W / (m · K) yaklaşıkC |
Elektrik direnci | 1,68 · 10-8 Ω · m |
Lineer genleşme katsayısı | 17.0 · 10-6 |
sıkılık | 350 megawatt / m2 |
Nihai çekme mukavemeti | 220 MN / m2 |
Kimyasal özellikleri
Bu özelliklere göre, bakır, elektriksel iletkenlikve ısı iletkenliği çok yüksek olan, sekizinci grubun ilk üçlüsünün elementleri ile periyodik tablonun birinci grubunun alkali olanları arasında bir ara pozisyon işgal eder. Başlıca kimyasal özellikleri şunlardır:
karmaşık formasyona eğilim;
renkli bileşikler ve çözünmeyen sülfitler verme yeteneği.
Bakır için en karakteristik iki değerli bir durumdur. Alkali metaller ile benzerlikler, neredeyse yok. Kimyasal aktivitesi de düşüktür. CO'nun varlığında2 veya bakır yüzeyindeki nem oluşuryeşil karbonat filmi. Bütün bakır tuzları zehirli maddelerdir. Tek ve iki değerli durumda bu metal çok kararlı kompleks bileşikler oluşturur. Endüstrinin en önemlisi amonyaktır.
Kullanım kapsamı
Bakırın yüksek termal ve elektriksel iletkenliğiçeşitli endüstrilerdeki geniş uygulamasını belirler. Tabii ki, çoğu zaman bu metal elektrik mühendisliğinde kullanılır. Ancak, bu uygulamanın tek alanı değildir. Diğer şeylerin yanı sıra, bakır kullanılabilir:
mücevher işinde;
mimaride;
su ve ısıtma sistemlerini monte ederken;
Gaz boru hatlarında.
Her türlü takı imalatı içinAltınla esas olarak bakır alaşımı kullanılır. Bu, takıların deformasyona ve aşınmaya karşı direncini artırmanıza izin verir. Mimaride, bakır çatı ve cepheler için kullanılabilir. Bu bitişin ana avantajı dayanıklılıktır. Örneğin, ünlü bir mimari dönümün çatısı - Alman Hildesheim kentindeki bir Katolik katedrali - bu metalin tabakalarıyla kaplıdır. Bu yapının bakır çatısı, iç mekanı neredeyse 700 yıldır koruyor.
Mühendislik İletişimi
Bakır su borularının ana avantajlarıayrıca dayanıklılık ve güvenilirlik vardır. Buna ek olarak, bu metal suya özel benzersiz özellikler kazandırarak vücut için yararlı hale getiriyor. Gaz boru hatları ve ısıtma sistemlerinin montajı için bakır borular da ideal olarak uygundur - temel olarak korozyon direnci ve sünekliklerinden dolayı. Basınçtaki acil bir artışla, bu tür çizgiler çelikten çok daha büyük bir yüke dayanabilir. Bakır boru hatlarının tek dezavantajı yüksek maliyetlerdir.
