Проводит ли алюминий ток: Проводимость меди и алюминия: удельная проводимость

Проводимость меди и алюминия: удельная проводимость

Электрическая проводимость или электропроводность — это способность тела проводить электрический ток. Это понятие крайне важно в электротехнике: металлы, хорошо проводящие ток, используются в проводах, плохие проводники или диэлектрики — для защиты людей от электричества. Лучшим проводником является серебро, на втором месте стоит медь (она совсем немного уступает серебру), далее идут золото и алюминий.

Достоинства и недостатки медных проводов

Медь — это пластичный переходный металл. Имеет золотисто-розовый цвет, встречается в природе в виде самородков. Используется человеком с давних времен — в его честь была названа целая эпоха.

В таблице дано удельное электрическое сопротивление стали и других металлов

Сегодня медные провода часто используют в электронных устройствах. К их достоинствам относятся:

• Высокая электропроводность (металл занимает второе место по этому показателю, уступая только серебру). По сравнению с алюминием медь эффективнее в 1,7 раза: при равном сечении медный кабель пропускает больше тока.
• Сварку, пайку и лужение можно проводить без использования дополнительных материалов.
• Провода обладают хорошей эластичностью и гибкостью, их можно сворачивать и сгибать без особого вреда.

 

Медь лишь немного уступает серебру

Однако до недавнего времени медные провода проигрывали алюминиевым из-за нескольких недостатков:

• Высокая плотность: при разных размерах медный провод будет весить больше, чем алюминиевый;
• Цена: алюминий в несколько раз дешевле;
• Медь окисляется на открытом воздухе: впрочем, это не влияет на ее работу и легко устраняется.

Какое сопротивление меди и алюминия

Алюминий — это легкий металл, который легко поддается обработке и литью. Обладает высокой электропроводностью: он стоит на 4 месте после серебра, меди и золота.

Важно! Несмотря на ряд достоинств (невысокую стоимость, малый вес, простоту обработки и другие) в долгосрочной перспективе алюминиевые провода менее выгодны, чем медные.

В электротехнике значение имеют 2 термина:

• Электропроводность: отвечает за передачу тока от одной точки к другой. Чем выше проводимость металла, тем лучше он передает электричество. При +20 градусах проводимость меди составляет 59,5 миллионов сименс на метр (См/м), алюминия — 38 миллионов См/м. Проводимость медного кабеля практически не зависит от температуры.
• Электросопротивление: чем выше это понятие, тем хуже вещество будет пропускать ток. Удельное сопротивление меди составляет 0,01724-0,0180 мкОм/м, алюминия — 0,0262-0,0295.

Алюминиевые кабели востребованы не меньше медных

Иными словами, медь обладает более высокой проводимостью и меньшим сопротивлением, чем алюминий.

Какое удельное сопротивление стали

Сталь — это металлический сплав железа с углеродом и другими элементами. В ее состав входит не менее 45% железа, содержание углерода колеблется от 0,02% до 2,14%. В зависимости от точного состава сталь используется в строительстве, машиностроении и приборостроении, а также во многих областях, например, в транспорте, народном хозяйстве, при производстве бытовых приборов.

Стальные провода отличаются невысокой проводимостью

Проводимость стали составляет всего 7,7 миллионов См/м, удельное сопротивление — 0,13 мкОм/м, то есть оно довольно высоко. Сталь плохо проводит электричество и не применяется при производстве непосредственно кабелей. Однако нередко можно встретить внешнюю оцинкованную стальную оплетку, которая защищает провода от механического растяжения. Такая защита нужна, если кабель проходит под дорогой или на нестабильном грунте, если есть риск резко дернуть провод.

Также из стали делают ПНСВ — провод нагревательный со стальной жилой, имеющий изоляцию из винила. Его размещают внутри конструкции до заливания бетона и используют в дальнейшем для электрообогрева готового блока. Электричество кабель практически не проводит.

Из стали производят провод ПНСВ

Сравнение проводимости разных видов стали

Характеристики стали зависят от ее состава и температуры:

• Для углеродистых сплавов сопротивление довольно низкое: оно составляет 0,13-0,2 мкОм/м.  Чем выше температура, тем больше значение;
• Низколегированные сплавы имеют более высокое сопротивление — 0,2-0,43 мкОм/м;
• Высоколегированные стали отличаются высоким сопротивлением — 0,3-0,86 мкОм/м;
• Благодаря высокому содержанию хрома сопротивление хромистых нержавеющих сплавов равняется 0,5-0,6 мкОм/м;
• Хромоникелевые аустенитные стали являются нержавеющими и благодаря никелю имеют высокую сопротивляемость — 0,7-0,9 мкОм/м.

Из стали часто делают оцинкованную оплетку

Медь стоит на втором месте по степени электропроводимости: она отлично пропускает электрический ток и повсеместно используется при изготовлении проводов. Не реже применяют и алюминий: он слабее меди, но дешевле и легче.

Руководство по материалам электротехники для всех.

Часть 1 / Хабр

Привет гиктаймс! Я решил опубликовать по частям свое руководство по материалам, используемым не только в электротехнике, но и вообще в технике, в том числе самодельщиками. С описанием, примерами применения, заметками по работе. Руководство написано максимально просто, и будет понятно всем, от школьника до пенсионера.

В этой части начинаем разбирать проводники — Серебро, Медь, Алюминий.

Добро пожаловать под кат (ТРАФИК)

Ковыряясь в поисках ответов на свои вопросы в разных учебниках по материаловедению, методичках, научпоп книгах я ужасался, насколько академический стиль изложения возводит стену между желающим узнать и знаниями. Насколько стремление авторов обойти острые грани, тёмные места превращает учебники в однородную бескрайнюю пустыню скуки и отчаяния. При этом запредельный уровень абстракции делает крайне сложным для неофита использование полученных знаний в практике. Поэтому я решил сделать свое руководство, с блекджеком и блудными девицами.

Это руководство — живое, по мере получения новых материалов, уточнений, комментариев от вас, дорогие читатели оно будет дополняться, изменяться, становиться лучше. Всегда самая свежая версия руководства лежит у меня на сайте в бложике Я обеими руками поддерживаю движение Open Source и Open Hardware, считаю, что обмен знаниями должен быть свободным, это принесет пользу для всех, поэтому пособие распространяется под лицензией Creative Commons 3.0 BY-NC-SA, что значит, вы можете делать с ним что угодно: выкладывать, распространять, модифицировать, соблюдая только три ограничения:

• Ссылка на меня обязательна (в.т.ч. производных работах).
• Зарабатывать на моем пособии без договоренности со мной нельзя (запрет на использование в коммерческих целях).
• Все производные работы должны распространяться на тех же условиях.

Плюшки данного пособия:

• Весь текст написан мной, и дополнен замечательными людьми, упомянутыми в разделе Благодарности. Я не включал информацию, в достоверности или актуальности которой я бы сомневался. Поэтому доля брехни по тексту в среднем ниже, чем в маркетинговых текстах перепродавцов-поставщиков, но выше, чем в хорошем советском учебнике.
• Большую часть материалов я хотя бы щупал, использовал в своих конструкциях, а не видел только на картинке.
• Пособие полностью (Чтобы быть до конца честным — за исключением одной картинки, которую пришлось рисовать в чем умел.) подготовлено с использованием OpenSource продуктов (Linux, GIMP, LibreOffice, context). Просто из спортивного интереса.
• Некоторые разделы имеют пункт «Источники» — советы по поиску материалов — где купить, под какими названиями искать. Конечно, всё можно купить на Алиэкспресс и на Ebay, поэтому такой вариант не указывается. Пункт может быть полезен если материал нужен «здесь и сейчас».

Публикуя руководство здесь я очень надеюсь на обилие конструктивной критики и дополнений от вас, дорогие читатели.

Содержание руководства

Проводники:

*Серебро

*Медь

*Алюминий

*Железо

*Золото

*Никель

*Вольфрам

*Ртуть

Так себе проводники:

*Углерод

*Нихромы

*Сплавы для изготовления термостабильных сопротивлений

*Припои

*Олово

*Легкоплавкие припои

Прочие проводники

*Термопарные сплавы

*Оксид Индия-Олова

Диэлектрики (Совсем не проводники):

*Неорганические диэлектрики

**Фарфор

**Стекло

**Слюда

**Алюмооксидные керамики

**Асбест

**Вода

*Органические диэлектрики полусинтетические

**Бумага, картон

**Шёлк

**Воск, парафин

**Трансформаторное масло

**Фанера, ДСП

*Органические диэлектрики синтетические

**Материалы на базе фенол-формальдегидных смол

**Карболит (бакелит)

**Гетинакс

**Текстолит

**Стеклотекстолит

**Лакоткань

**Резина

**Эбонит

**Полиэтилен

**Полипропилен

**Полистирол, АБС-пластик

**Фторопласт-4 (политетрафторэтилен PTFE)

**Поливинилхлорид — ПВХ

**Полиэтилентерефталат (ПЭТФ)

**Силиконы

**Полиимид

**Полиамиды

**Полиметилметакрилат — ПММА

**Поликарбонат

*График истории промышленного применения полимеров

*Изоленты

**Прорезиненная тканевая изолента

**Тканевые изоленты

**Резиновые самовулканизирующиеся изоленты

**Силиконовые самослипающиеся ленты

**Полиимидная лента

**ПВХ изоленты

**Канцелярская липкая лента «скотч»

*Изоляционные трубки

**Трубка из ПВХ — «кембрик»

**Фторопластовая трубка

**Стеклотканевая с силиконом

**Термоусадочная трубка

*Дополнительные сведения о полимерах

Поехали!

Двадцатый век — век пластмасс. До появления широкого спектра синтетических полимерных материалов, человек использовал в конструировании металлы и материалы природного происхождения — дерево, кожу и т.д. Сегодня мы завалены пластмассовыми изделиями, начиная от одноразовой посуды, заканчивая тяжелонагруженными деталями двигателей автомобилей. Пластмассы во многом превосходят металлы, но никогда не вытеснят их полностью, поэтому рассказ начнется с металлов. Металлам посвящены сотни книг, дисциплина, посвященная им, называется «металловедение».

Нас интересуют металлы с точки зрения электронной техники. Как проводники, как часть электронных приборов. Все остальные применения — например такие, как конструкционные материалы, в данное пособие пока не вошли.

Главное для электронной техники свойство металлов — это способность хорошо проводить электрический ток. Посмотрим на таблицу удельного сопротивления различных металлов:

Металл	Удельное сопротивление Ом*мм2/м
Серебро	0,015. ..0,0162
Медь	0,01724…0,018
Золото	0,023
Алюминий	0,0262…0,0295
Иридий	0,0474
Вольфрам	0,053…0,055
Молибден	0,054
Цинк	0,059
Никель	0,087
Железо	0,098
Платина	0,107
Олово	0,12
Свинец	0,217…0,227
Титан	0,5562…0,7837
Висмут	1,2

Видим лидеров нашего списка: Ag, Cu, Au, Al.

Серебро

Ag — Серебро.

Драгоценный металл. Серебро — самый дешевый из драгоценных металлов, но, тем не менее, слишком дорог, чтобы делать из него провода. На 5% лучшая электропроводность по сравнению с медью, при разнице в цене почти в 100 раз.

Примеры применения

В виде покрытий проводников в СВЧ технике.

Ток высокой частоты, из-за

скинэффекта

течет по поверхности проводника, а не в его толще, поэтому тонкое покрытие волновода серебром дает бОльший прирост проводимости, чем покрытие серебром проводника для постоянного тока.

В сплавах контактных групп. Контакты силовых, сигнальных реле, рубильников, выключателей чаще всего изготовлены из сплава с содержанием серебра. Переходное сопротивление такого контакта получается ниже медного, он меньше подвержен окислению. Так как контакт обычно миниатюрен, стоимость этой малой добавки серебра к стоимости изделия незначительно. Хотя при утилизации большого количества реле, стоимость серебра делает целесообразным работу бокорезами по отделению контактов в кучку для последующего аффинажа.

Контакты силового реле на 16 Ампер. Согласно документации производителя
контакты содержат серебро и кадмий.

Различные реле. Верхнее реле имеет даже посеребренный корпус с характерной патиной. Содержание драгметаллов в изделиях, выпущенных в СССР было указано в паспортах на изделия.

В качестве присадки в припоях. Качественные припои (как твёрдые так и мягкие) часто содержат серебро.

Проводящие покрытия на диэлектриках. Например, для получения контактной площадки на керамике, на неё наносится суспензия из серебряных частиц с последующим запеканием в печи (метод «вжигания»).

Компонент электропроводящих клеев и красок. Электропроводящие чернила часто
содержат суспензию серебряных частиц. По мере высыхания таких чернил, растворитель
испаряется, частицы в растворе оказываются всё ближе, слипаясь и создавая проводящие
мостики, по которым может протекать ток. Хорошее видео с рецептом по созданию таких
чернил.

Недостатки

Несмотря на то, что серебро — благородный металл, он окисляется в среде с содержанием

серы:

4Ag + 2H

₂

S + O

₂

→ 2Ag

₂

S + 2H

₂

O

Образуется темный налет — «патина». Также источником серы может служить резина, по-
этому провод в резиновой изоляции и посеребренные контакты — плохое сочетание.
Потемневшее серебро можно очистить химически. В отличии от чистки абразивными пастами (в том числе зубной пастой) это самый нежный способ чистки, не оставляющий царапин.

Медь

Cu — медь.

Основной металл проводников тока. Обмотки электродвигателей, провода в изоляции, шины, гибкие проводники — чаще всего это именно медь. Медь нетрудно узнать по характерному красноватому цвету. Медь достаточно устойчива к коррозии.

Примеры применения

Провода.

Основное применение меди в чистом виде. Любые добавки снижают электропроводность, поэтому сердцевина проводов обычно — чистейшая медь.

Гибкие многожильные провода различного сечения.

Гибкие тоководы. Если проводники для стационарных устройств можно в принципе изготовить из любого металла, то гибкие проводники делают почти всегда только из меди, алюминий для этих целей слишком ломкий. Содержат множество тоненьких медных жилок.

Теплоотводы. Медь не только на 56% лучше алюминия проводит ток, но ещё имеет почти вдвое лучшую теплопроводность. Из меди изготавливают тепловые трубки, радиаторы, теплораспределяющие пластины. Так как медь дороже алюминия, часто радиаторы делают составными, сердцевина из меди, а остальная часть из более дешевого алюминия.

Радиаторы охлаждения процессора. Центральный стержень изготовлен из меди, он хорошо отводит тепло от кристалла процессора, а алюминиевый радиатор с развитым оребрением уже охлаждает сам стержень.

При изготовлении фольгированных печатных плат. Печатные платы, в любом электронном устройстве изготовлены из пластины диэлектрика, на который наклеена медная фольга. Все соединения между элементами печатной платы выполнены дорожками из медной фольги.

Техника сверхвысокого вакуума. Из металлов и сплавов только нержавеющая сталь и медь пригодны для камер сверхвысокого вакуума в таких приборах, как ускорители элементарных частиц или рентгеновские спектрометры. Все остальные металлы в вакууме слегка испаряются и портят вакуум.

Аноды рентгеновских трубок. В рентгеноструктурном анализе требуется монохроматическое рентгеновское излучение. Его источником зачастую является облучаемая электронами медь (спектральная линия Cu Kα), которая к тому же прекрасно отводит тепло. Если же требуется другое излучение (Co или Fe), его получают от маленького кусочка соответствующего металла на массивном медном теплоотводе. Такие аноды всегда охлаждаются проточной водой.

Интересные факты о меди

• Медь — достаточно дорогой металл, поэтому недобросовестные производители стараются экономить на нем. Занижают сечение проводов (когда написано 0,75 мм2, а фактически 0,11 мм2). Окрашивают алюминий «под медь» в обмотках, внешне обмотка выглядит как медная, а стоит соскрести изоляцию — оказывается, что она сделана из алюминия. Этим грешат и китайские, и отечественные производители, кабель сечением 2,5 мм2 вполне может оказаться сечением 2,3 мм2, поэтому запас прочности и входной контроль не будут лишними. Разумеется, надежность контакта в электроарматуре жилы сечением 2,3 мм2, рассчитанной на жилу 2,5 мм2, будет невысокой.
• Медь окрашивает пламя в зелёный цвет, это свойство использовали для обнаружения меди в руде, когда не был доступен химический анализ. Зеленый след в пламени — показатель наличия меди. (но не всегда, зеленую окраску пламени могут давать ионы бора)

• Медь — мягкий металл, но если добавить к меди хотя бы 10% олова, получается твёрдый, упругий сплав — бронза. Именно освоение получения бронзы послужило названием к исторической эпохе — бронзовому веку. Добавка к меди бериллия дает бериллиевую бронзу — прочный упругий сплав, из которого изготавливают пружинящие контакты.
• Медь — один из немногих мягких металлов с высокой температурой плавления, поэтому из меди изготавливают уплотнительные прокладки, например для высокотемпературной или вакуумной техники. Например, уплотнительная прокладка пробки картера двигателя автомобиля.
• При механической обработке (например волочении) медь уплотняется и становится жёсткой. Для восстановления исходной мягкости и пластичности медь «отжигают» в защитной атмосфере, нагревая до 500-700 °C и выдерживая некоторое время. Поэтому некоторые медные изделия твёрдые, а некоторые мягкие, например медные трубы.
• Медь не даёт искр. Для работы во взрывоопасных местах, например на газопроводе, используют искробезопасный инструмент, стальной инструмент покрытый слоем меди или инструмент изготовленный из сплавов меди — бронз. Если таким инструментом случайно чиркнуть по стальной поверхности он не даст опасных искр.
• Так как температурный коэффициент сопротивления для чистой меди известен, из меди изготавливают термометры сопротивления (тип ТСМ — Термометр Сопротивления Медный, есть еще ТСП — Термометр Сопротивления Платиновый). Термометр сопротивления — это точно изготовленный резистор, навитый из медной проволоки. Измерив его сопротивление, можно по таблице или по формуле определить его температуру достаточно точно.

Алюминий

Al — Алюминий.

«Крылатый металл» четвертый по проводимости после серебра, золота и меди.

Алюминий хоть и проводит ток почти в полтора раза хуже меди, но он легче в 3,4 раза и в три

раза дешевле. А если посчитать проводимость, то эквивалентный медному проводник из

алюминия будет дешевле в 6,5 раз! Алюминий бы вытеснил медь, как проводник везде, если

бы не пара его противных свойств, но об этом в недостатках.

Чистый алюминий, как и чистое железо, в технике практически не применяется (исключения
— провода и фольга). Любой «алюминиевый» предмет состоит из какого-нибудь сплава алюминия. Сплавы могут содержать кремний, магний, медь, цинк и другие металлы. Их свойства отличаются очень сильно, и это необходимо учитывать при обработке. Ниже перечислены несколько самых распространенных марок алюминия:

• 1199. Чистый 99,99% алюминий. Бывает почти исключительно в виде фольги.
• 1050 и 1060. Чистый 99,5% и 99,6% соответственно. Из-за высокой теплопроводности иногда используется как материал для радиаторов. Мягок, легко гнется. Провода, пищевая фольга, посуда.
• 6061 и 6082. Сплавы: 6061 — Si 0,6%, Mg 1,0%, Cu 0,28%, 6082 — Si, Mg, Mn. Первый более распространен в США, второй — в Европе. Легко точить, фрезеровать. Наилучший материал для самоделок. Прочен. Легко поддается сварке, паяется твердыми припоями. Легко анодируется. Плохо гнется. Не годится для литья.
• 6060. Состав: Mg, Si. Более мягок, чем 6061 и 6082, при обработке резанием слегка «пластилиновый», за что его не любят токари. Распространен и дешев, других особых преимуществ не имеет. Дешевый алюминиевый профиль из непонятного сплава имеет хорошиешансы оказаться им.
• 5083. Сплав с магнием (>4% Mg). Отличная коррозионная стойкость, устойчив в морской воде. Один из лучших вариантов для деталей, работающих под дождем. Тоже может встретиться в магазине стройматериалов, наряду с другими подобными марками.
• 44400, он же «силумин». Сплав с большим процентом кремния (Si >8%). Литейный. Низкая температура плавления, при пайке твердыми припоями риск расплавить саму деталь. Хрупок, при изгибе ломается. На изломе видны характерные кристаллы.
• 7075. 2,1-2,9% Mg, 5,1-6,1% Zn, 1,2-1,6% Cu. Очень своеобразный сплав, отличается даже цветом (пленка окислов слегка золотистая). Неожиданно твердый для алюминия, по твердости сравним с мягкой сталью. Плохо анодируется. Не паяется вообще. Не сваривается вообще. Не гнется и не куется вообще. Не годится для литья. Резанием обрабатывает ся отлично, прекрасно полируется. Хорош для ответственных деталей. Используется для винтов в велосипедах, в оружии (материал многих деталей винтовки M16).

Относительно невысокая температура плавления (660 °C у чистого, меньше 600 °C у литейных сплавов) алюминия делает возможным отливку деталей в песочные формы в условиях

гаража/мастерской. Однако многие марки алюминия не годятся для литья.

Примеры применения

Провода.

Алюминий дешев, поэтому толстые силовые кабели,

СИП

, ЛЭП выгодно делать из алюминия. В старых домах квартирная проводка сделана алюминиевым проводом (с 2001 года ПУЭ запрещает в квартирах использовать алюминиевый провод, только медный, см ПУЭ 7 издание п. 7.1.34) Также алюминий не используется как проводник в ответственных применениях.

Слева старый алюминиевый провод. Справа алюминиевые кабели различного сечения,
пригодные для укладки в грунт. В частности кабелем справа был подключен к электроэнергии целый этаж здания. Кабель помимо наружной резиновой оболочки имеет бронирующую стальную ленту, для защиты нижележащей изоляции от повреждений, к примеру лопатой при раскопке.

Теплоотводы. Не только домашние батареи делают из алюминия, но и радиаторы у
микросхем, процессоров, делают из алюминия.

Различные алюминиевые радиаторы.

Корпуса приборов. Корпус жёсткого диска в вашем компьютере отлит из алюминиевого сплава. Небольшая добавка кремния улучшает прочностные качества алюминия, сплав силумин — это корпуса жёстких дисков, бытовых приборов, редукторов и т. д.

Анодированный алюминий (алюминий, у которого электрохимическим путем окисная пленка
на поверхности сделана потолще и прочнее) хорошо окрашивается и просто красив. Окисная
пленка (Al₂O₃ — из того же вещества состоят драгоценные камни рубины и сапфиры) достаточно твёрдая и износостойкая, но к сожалению алюминий под ней мягок, и при сильном воздействии ломается как лёд на воде.

Экраны. Электромагнитное экранирование часто делается из алюминиевой фольги или тонкой алюминиевой жести. Можете провести простой эксперимент, мобильный телефон
завернутый в фольгу потеряет сеть — он будет заэкранирован.

Отражающее покрытие у зеркал. Тонкая пленка алюминия на стекле отражает 89% падающего света (примерное значение, зависит от условий) (Серебро 98%, но на воздухе темнеет из-за сернистых соединений). Любой лазерный принтер содержит вращающееся зеркало, покрытое тонким слоем алюминия.

Зеркала от оптической системы планшетного сканера. Обратите внимание, оптические зеркала имеют металлизацию стекла снаружи, в отличии от привычных бытовых зеркал, где отражающее покрытие для защиты за стеклом. Бытовые зеркала дают двойное отражение — от поверхности стекла и от отражающего покрытия, что не так критично в быту, как защищенность отражающего покрытия.

Электроды обкладок конденсаторов. Алюминиевая фольга, разделенная слоем диэлектрика и туго свернутая в цилиндр — часть электрических конденсаторов (впрочем, для уменьшения габаритов конденсаторов фольгу заменяют алюминиевым напылением). Тот факт, что пленка оксида алюминия тонкая, прочная и не проводит ток, используется в электролитических конденсаторах, обладающими огромными для своих габаритов электрическими емкостями.

Недостатки

Алюминий — металл активный

, но на воздухе покрывается оксидной пленкой, которая предохраняет металл от разрушения и скрывает его активную натуру. Если не дать алюминию формировать стабильную защитную пленку, например капелькой ртути, алюминий активно

реагирует

с водой. В щелочной среде алюминий растворяется, попробуйте залить алюминиевую фольгу средством для прочистки труб — реакция будет бурная, с выделением взрывоопасного водорода. Химическая активность алюминия, в паре с большой разницей в электрооотрицательности с медью делает невозможным прямое соединение проводов из этих двух металлов. В присутствии влаги (а она в воздухе есть почти всегда) начинает протекать гальваническая коррозия с разрушением алюминия.

Два идентичных трансформатора от микроволновых печей. Левый вышел из строя по причине алюминиевых обмоток — отгорел провод от контакта — алюминий плохо паяется мягкими припоями, попытка обеспечить контакт также как и у медного провода привела к поломке.

Алюминий ползуч. Если алюминиевый провод очень сильно сжать, он деформируется
и сохранит новую форму — это называется «пластическая деформация». Если сжать его не
так сильно, чтобы он не деформировался, но оставить под нагрузкой надолго — алюминий
начнет «ползти» меняя форму постепенно. Это пакостное свойство ведет к тому, что хорошо
затянутая клемма с алюминиевым проводом спустя 5-10-20 лет постепенно ослабнет и будет
болтаться, не обеспечивая былого электрического контакта. Это одна из причин, почему ПУЭ
запрещает тонкий алюминиевый провод для разводки электроэнергии по потребителям в
зданиях. В промышленности не сложно обеспечить регламент — так называемая «протяжка»
щитка, когда электрик периодически проверяет затяжку всех клемм в щитке. В домашних же условиях, обычно пока розетка с дымом не сгорит — никто и не озаботится качеством контакта. А плохой контакт — причина пожаров.

Алюминий, по сравнению с медью, менее пластичный, риска от ножа на жиле, при сьёме изоляции с провода быстрее приведет к сломавшейся жиле, чем у меди, поэтому изоляцию с алюминиевых проводов надо счищать как с карандаша, под углом, а не в торец.

Интересные факты об алюминии

• Алюминий — хороший восстановитель, что используется для восстановления других металлов, например титана из состояния диоксида. Теодор Грей (Настоятельно рекомендую книги Теодора Грея «Элементы. Путеводитель по периодической таблице», «Научные опыты с периодической таблицей», «Эксперименты. Опыты с периодической таблицей». Они очень хорошо сделаны визуально, и опыты в них не приторно безопасные, как в большинстве современных пособий, могут и бабахнуть.) в домашних условиях проводил такой опыт. В смеси с окислом железа алюминиевая пудра образует термит— адская смесь, которая горит разогреваясь до 2400°С при этом восстанавливается железо и весело стекает вниз, что используется для сварки рельсов, иным способом такой кусок железа качественно и быстро не прогреть. Термитные карандаши позволяют в полевых условиях сваривать провода, а бравый спецназовец термитной горелкой пережжет дужку самого крепкого замка.
• Чтобы сделать бисквит нежным и воздушным используется пекарский порошок. Такой же порошок есть для того, что бы сделать пористым бетон — Алюминий + щелочь.
• Алюминий — активный металл, но он быстро покрывается окисной пленкой, которая защищает его от разрушения. Рубин, сапфир, корунд — это всё названия одного и того же вещества — оксида алюминия Al₂O₃ Белые точильные круги и бруски состоят из электрокорунда — оксида алюминия.

  Можно убедиться в активности алюминия простым опытом. Нарежьте алюминиевую фольгу в стакан, добавьте медный купорос и поваренную соль, залейте холодной водой. Спустя некоторое время смесь закипит, алюминий будет окисляться, восстанавливая медь, с выделением тепла.

• Алюминий неплохо поддается экструзии. Корпуса приборов из нарезанного и обработанного экструдированного профиля значительно дешевле литых.

  
  Алюминиевый корпус внешнего аккумулятора для телефона. Экструдированный анодированный окрашенный профиль.

• Алюминий весьма посредственно паяется мягкими (оловянно-свинцовыми) припоями, неплохо паяется цинковыми припоями. При конструировании приборов это стоит помнить, соединить провод с алюминиевым шасси проще прикрутив винтом к запрессованной стойке, чем припаять. В твердых марках алюминия (6061, 6082, 7075) можно нарезать резьбу для винта непосредственно.
• Алюминий можно сваривать аргоновой сваркой, но качественный шов получается только при TIG-сварке на переменном токе. Непрерывная смена полярности измельчает пленку окислов, которая в противном случае может попасть в шов. Учитывайте это при выборе сварочного аппарата для мастерской, если вам может потребоваться варить и алюминий.

Еще раз важное замечание. Алюминиевые и медные проводники напрямую соединять нельзя! Для соединения проводников из меди и алюминия используйте промежуточный металл, например, стальную клемму.

Источники

В крупных строительных магазинах (OBI, Leroy Merlin, Castorama) обычно есть в наличии алюминиевый профиль разных размеров и форм. Неплохим источником может послужить штампованная алюминиевая посуда — она очень дешева и существует разных форм. Но обратите внимание на марки. Если нужен 6061 и тем более 7075, придется покупать его у фирмы, специализирующейся по металлам.

Ссылки на части руководства:

1

: Проводники: Серебро, Медь, Алюминий.

2

: Проводники: Железо, Золото, Никель, Вольфрам, Ртуть.

3

: Проводники: Углерод, нихромы, термостабильные сплавы, припои, прозрачные проводники.

4

: Неорганические диэлектрики: Фарфор, стекло, слюда, керамики, асбест, элегаз и вода.

5

: Органические полусинтетические диэлектрики: Бумага, щелк, парафин, масло и дерево.

6

: Синтетические диэлектрики на базе фенолформальдегидных смол: карболит (бакелит), гетинакс, текстолит.

7

: Диэлектрики: Стеклотекстолит (FR-4), лакоткань, резина и эбонит.

8

: Пластики: полиэтилен, полипропилен и полистирол.

9

: Пластики: политетрафторэтилен, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат и силиконы.

10

: Пластики: полиамиды, полиимиды, полиметилметакрилат и поликарбонат. История использования пластиков.

11

: Изоляционные ленты и трубки.

12

: Финальная

Неметаллы – Справочник химика 21

из “Химия для всех”

Металлы и неметаллы резко отличаются по физическим и химическим свойствам. Металлоиды занимают промежуточное положение. Металлы — это элементы, которые при образовании химических связей отдают электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы. Неметаллы — элементы, которые присоединяют электроны, превращаясь в отрицательно заряженные ионы. В соединениях металлоидов связи ближе по характеру к ковалентным, чем к ионным. В настоящей главе. рассматриваются представители элементов всех трех классов. [c.71]
Ниже приведен ряд активностей металлов (по отношению к 1 М НС1 при 25° С). Металлы, расположенные левее водорода, реагируют с кислотами, вытесняя из них водород, тогда как металлы, расположенные справа от водорода, с кислотами не реагируют. [c.72]
Чем левее расположен металл (чем он электроположительнее), тем активнее реагирует он с кислотой. Наиболее активны металлы I и И групп периодической таблицы. Элементы, принадлежащие к одной и той же группе, например Na и Li, называют аналогами. Химические свойства таких элементов чрезвычайно близки, поэтому свойства одного элемента данной группы дают представление о группе в целом. [c.72]
Натрий (Na) — элемент I группы, группы щелочных металлов. Это мягкий серебристый металл немного тяжелее воды, хорошо проводит тепло и электрический ток. С водой натрий реагирует очень бурно с выделением газообразного водорода и образованием гидроокиси натрия (едкого натра). Щелочные металлы весьма реакционноспособны, поэтому они не встречаются в природе в свободном состоянии. Получают их электролизом расплавленных солей. [c.72]
Магний (Mg) — элемент П группы, группы щелочноземельных металлов. Это блестящий, серебристый металл немного тяжелее воды, хорошо проводит тепло. Щелочноземельные металлы также получают электролизом расплавленных солей. [c.72]
Алюминий (А1) — элемент П1 группы периодической таблицы. Это мягкий металл с плотностью 2,7 г/сл1 , хорошо проводит тепло и электрический ток. Алюминий — наиболее распространенный на земле металл. Получают алюминий электролизом его природных соединений, чаще всего электролизом боксита (А120з–сН20). [c.72]
Железо, ртуть, серебро относятся к переходным металлам. [c.72]
Железо (Fe) — довольно мягкий, ковкий, блестящий металл серого цвета, обладающий сильными магнитными свойствами. Плотность его равна 7,86 г см . [c.72]
Ртуть (Hg) — единственный металл, представляющий собой при нормальных условиях жидкость. Ртуть — блестящая, тяжелая жидкость, нерастворимая в воде и плохо проводящая электрический ток. В природе чаще всего встречается сульфид ртути (киноварь), нагреванием которого получают свободную ртуть. [c.72]
Серебро (Ag) представляет собой блестящее, бесцветное, кристаллическое вещество. Серебро — самый лучший проводник тепла и электрического тока. Соли серебра дают в растворе комплексы с ионами N , из которых серебро можно выделить электролизом 72 или действием более активного металла. [c.72]
С щелочными металлами реакция происходит со вспышкой и со взрывом, с щелочноземельными металлами — медленно на холоду, быстрее при нагревании. [c.73]
Из концентрированных азотной и серной кислот водород не вытесняется. [c.73]
Водород при этом почти никогда не образуется. [c.73]
Обратная реакция невозможна, так. как серебро — менее активный металл, чем алюминий. [c.73]
Магний находит применение в пиротехнике и входит в состав многих сплавов. [c.74]
Алюминий применяется в различных отраслях промышленности. Самые разнообразные предметы широкого потребления (кастрюли, сковородки и т. д.), фольга, некоторые виды проводников изготовляют из алюминия. Алюминиевый порошок употребляется в качестве литографской краски. Сплавы алюминия ценны тем, что они легкие и обладают очень хорошими механическими свойствами. [c.74]
Железо в основном идет на производство стали. [c.74]
Ртуть применяется в электротехнической (выпрямители переменного тока, кварцевые лампы) и фармацевтической промышленности. Ртуть очень ядовита. [c.74]
Серебро, покрывающее тонким слоем поверхность различных металлов, предохраняет их от коррозии. Нанесением тонкого слоя серебра на поверхность стекла изготовляют зеркала (в настоящее время серебро стали заменять алюминием). [c.74]

Вернуться к основной статье

Алюминий, олово

Алюминий

чистый алюминий

Чистый алюминий (Al) — лёгкий серебристый металл (tпл=660 °С, tкип=2467 °С) лёгкий по весу (1м³ весит 2700 кг – почти 2,5 раза легче железа), белого цвета, высокопластичный, хорошо обрабатываемый (лучше, чем железо), мягкий (легко деформируется рукой), но при этом достаточно прочный.

Алюминий отлично проводит тепло и электрический ток. Также как и медь, при контакте с горячими поверхностями алюминий быстро нагревается и быстро отдаёт тепло. Поэтому, чтобы быстро охладить горячий чай, налейте его в алюминиевую кружку.

Из-за своей высокой пластичности и мягкости чистый алюминий практически не используется, а обычно используют его сплавы с углеродом, медью, марганцем, оловом, цинком, титаном. Используемые сплавы называют дуралюминами (дуралюмин — 94% Аl, 4% Cu, 0,5% Mg, 0,5% Mn, 0,5% Fe и 0,5% Si). Практически все алюминиевые предметы, которые хранятся у Вас дома – сплавы алюминия. Они довольно стойки к коррозии по причине быстрого окисления на воздухе с образованием тонкой плёнки прочного и малоактивного оксида алюминия Al₂O₃. Поэтому холодная концентрированная азотная и серная кислота на него не действуют.
Сам по себе алюминий очень активен. Разбавленная азотная кислота и алюминий легко реагируют с образованием нитрата алюминия Al(NO₃)₃ и выделением окиси азота NO.
Разбавленной серная кислота и алюминий реагируют с бурным выделением водорода (так реагируют большинство металлов с разбавленной серной и соляной кислотами).

Алюминий хорошо растворяется в растворах щелочей с образованием алюминатов, например, в едком натре с образованием алюмината натрия Na[Al(OH)₄] и выделением водорода.

Корунд

Известным минералом, в состав которого входит алюминий, является корунд Аl₂O₃ (малиновый и кроваво-красный). Оксид алюминия ёще называют глинозёмом.

Не менее всем известный минерал бирюза (голубая или яблочно-зелёная) имеет в своём составе алюминий (Al), медь (Cu), а также фосфор (P). Окрас минерала, правда, обусловлен наличием иона меди. Кроме алюминия распространёнными элементами в минералах являются кремний Si (кварц, сердолик, халцедон, агат), натрий Na, магний Mg, калий K, иногда сера и фосфор. Например, химический состав нефрита (минерал белого или зелёного цвета) выражается формулой Ca₂(Mg, Fe)₅(OH)₂(Si₄O₁₁)₂.

Чистый алюминий в виде порошка при нагревании легко воспламеняется с образованием его оксида (аналогичным свойством обладает такой же лёгкий и прочный материал титан, но он значительно труднее обрабатывается механически).

Олово

Чистое белое олово

Чистое олово (Sn) — серебристый металл белого цвета, очень мягкий и пластичный, ковкий. Температура плавления чистого олова (232 °С), поэтому олово относится к легкоплавким металлам. Отлитая из олова палочка сгибается с характерным хрустом, вызванным трением друг о друга отдельных кристаллов (попробуйте сами, можно использовать олово, которое применяется для пайки). Интересно, что ниже 13,2 °С устойчива другая модификация — серое олово, которое имеет структуру алмаза.

Переход белого олова в серое олово начинается уже при температуре 13,2 ⁰ C и при низкой температуре происходит спонтанно, хотя для проведения его в лабораторных условиях требуется ввести небольшую затравку серого олова. Этот переход называют «оловянной чумой»: олово рассыпается в серый порошок, утрачивая металлические свойства. Правда, при сплавлении олова с другими металлами процессы превращения происходят медленнее. Охрупчивание олова – «Оловянная чума» послужила причиной гибели в 1912 г. английской экспедиции под руководством Роберта Скотта, направленной к Южному полюсу: керосин путешественники хранили в сосудах, паянных оловом.

Серое олово

Обратный переход из серого олова в белое олово происходит намного быстрее, – достаточно поместить серое олово в горячую воду на минуту.

Олово реагирует с растворами кислот с образованием солей олова. Сплав Вуда, состоящий из свинца (25%), олова (12,5%), кадмия (12,5%) и висмута (50%), плавится уже в горячей воде, при температуре 69 °С.

Подбор тока для сварки алюминия обычным инвертором

За последние 100 лет алюминий стал необходимой составляющей нашей жизни. Области его применения очень разнообразны и широки, потому как объемы его потребления неустанно растут. Малый вес – это определяющий фактор, позволяющий создавать легкие и прочные детали, изготавливая прочные конструкции. Алюминий плотно вошел в нашу жизнь, потому как мы не можем представить современные торговые центры, авиатехнику, предметы быта и другие вещи без алюминиевых деталей и составляющих. Для сварки алюминия инвертором не требуется иметь специальные навыки или приспособления. Для начала подберите подходящие электроды, которые бы прекрасно подходили для сварки металла нужной Вам толщины. Прекрасно справляются с этой задачей электроды ОЗА, ОЗА-1, ОЗР, ОЗАНА-1, ОЗАНА, ОЗР-2. При правильном подборе сварочных электродов можно быть уверенным, что сваривание будет удачным. Приступая к свариванию, необходимо узнать особенности материала и технологию его обработки. Чистый алюминий прекрасно проводит электрический ток намного лучше, чем сталь, поэтому он имеет свои технологические особенности. Повышенная теплопроводность является затруднительной особенностью для сваривания, что вызывает слабое проплавление металла, которое сказывается на сварочном шве металла. Во избежание слабого проплавления металла используется большая сила тока, благодаря чему свариваемый металл лучше проплавляется и сваривание получается более качественным. Далее Вам потребуется подобрать сварочный ток, с помощью которого можно производить сваривание. Ток должен подходить к марке электродов и толщине металла. Сведения для правильного подбора сварочного тока Вы можете найти на упаковке электродов или в справочнике по свариванию. На упаковке сварочных электродов приводится табличка, по которой можно подобрать соответствующий сварочный ток. Для сварки алюминия подойдет практически любой инверторный сварочный аппарат. Правильно подобрав сварочный ток и электроды, можно начинать работу. Сварка алюминия не имеет существенных отличий от процесса сварки других металлов. Важной особенностью является легкоплавкость металла, потому как металл имеет меньшую температуру плавления, чем сталь или вольфрам. Внимательно и осторожно проводя сварочные работы, можно сваривать алюминий вполне успешно и делать качественные и долговечные изделия из него. Помимо внимательности и осторожности, Вам необходимо использовать качественное сварочное оборудование, которое бы отличалось долговечностью и надежностью работы. Также Вам следует внимательно относиться к надписям на упаковках сварочных электродов и следовать указаниям, которые там содержатся. Устанавливая сварочный ток, указанный на упаковке, Вы сможете наладить сварочный процесс правильным образом, что бы позволило Вам делать качественные сварочные швы и работать над свариванием металлических изделий из алюминия.

Алюминий: опыт применения

В последние годы алюминий получил широкое применение в промышленности благодаря своему низкому весу и ряду других качеств, которые делают его привлекательной альтернативной стали. Более того, по прогнозам рынок сварки алюминия будет продолжать расти со скоростью 5,5% в год, в частности, из-за продолжающегося распространения алюминия в автомобильной области.

В том, что касается сварки, алюминий уникален. Он имеет свои особенности и не стоит надеяться, что для работы с алюминием Вам хватит опыта работы со сталью. Например, алюминий имеет высокую теплопроводимость и низкую температуру плавления, которые при несоблюдении должных процедур сварки легко приводят к прожиганию и деформациям.

В этой статье мы рассмотрим различные легирующие элементы и их влияние на свойства алюминия, затем поговорим о сварочных процедурах и оптимальных параметрах сварки. Наконец, мы рассмотрим несколько технологических инноваций, которые могут сделать сварку алюминия немного проще.

Легирующие элементы

Чтобы понять алюминий, сначала нужно разобраться с металлургией алюминиевых сплавов. Алюминий может иметь множество первичных и вторичных легирующих элементов, которые придают ему улучшенные механические характеристики, коррозионную стойкость и/или упрощают сварку.
Первичные легирующие элементы алюминиевых сплавов — это медь, кремний, марганец, магний и цинк. Перед тем, как начать говорить о них более подробно, нужно отметить, что сплавы делятся на два типа: пригодные к тепловой обработке и не пригодные.

 

Пригодность к тепловой обработке
Сплавы, пригодные к тепловой обработке, после сварки можно нагреть до определенной температуры, чтобы восстановить утраченные во время сварки механические характеристики. Тепловая обработка сплава подразумевает нагревание до достаточно высокой температуры, чтобы легирующие элементы перешли в состояние твердого раствора, и затем контролируемого охлаждения для образования перенасыщенного раствора. Следующий этап процесса — поддерживание низкой температуры в течение времени, достаточного для отложения нужного объема легирующих элементов.

В случае сплавов, непригодных к тепловой обработке, механические характеристики можно улучшить за счет холодной обработки или упрочнения под механическими нагрузками. Для этого в структуре металла должны произойти механические деформации, которые вызывают повышение сопротивления деформации и снижение жидкотекучести.

 

 

Другие различия
Алюминиевые сплавы могут иметь следующие обозначения  в зависимости от состояния термообработки: F = после отливки, O = отожженное, H = после механического упрочнения; W = с тепловым растворением и T = после термообработки, которая может подразумевать собственно температурную обработку или старение холодной обработкой. Например, сплав может иметь обозначение 2014 T6. Это значит, что в его состав входит медь (серия 2XXX), а T6 указывает на то, что сплав прошел термообработку и искусственное старение.

В рамках этой статьи мы будем говорить только о пластичных сплавах, то есть алюминиевых сплавах, раскатанных из заготовки или отштампованных по формам заказчика. Учтите, что сплавы также могут быть литыми. Литые сплавы используются для изготовления деталей из расплавленного металла, который заливают в формы. Литые сплавы могут быть дисперсионно-твердеющими, но никогда — твердеющим под механическими нагрузками. Пригодность к сварке таких сплавов зависит от типа литья — в многократную форму, под давлением или в песчаную форму — так как для сварки важна поверхность материала. Литые сплавы обозначаются трехзначным числом с одним десятичным знаком, например, 2xx.x. Для сварки пригодны алюминиевые литые сплавы 319.0, 355.0, 356.0, 443.0, 444.0, 520.0, 535.0, 710.0 и 712.0.

Легирующие элементы
Теперь, когда мы разобрались с основной терминологией, давайте поговорим о различных легирующих элементах.:

Медь (имеет обозначение серии пластичных сплавов 2XXX) обеспечивает алюминию улучшенные механические характеристики. Эта серия сплавов пригодна для тепловой обработки и в основном используется для изготовления деталей авиационных двигателей, заклепок и крепежа. Большинство сплавов серии 2ХХХ плохо подходит для дуговой сварки из-за склонности к горячему растрескиванию. Эти сплавы серий обычно сваривают материалами серий 4043 или 4145, которые имеют низкую температуру плавления и снижают вероятность горячего растрескивания. Исключениями из этого правила являются сплавы 2014, 2219 и 2519, для которых хорошо подходит проволока 2319.

Марганец (серия 3XXX) при добавлении в алюминий образует непригодные к тепловой обработке сплавы для наплавки и производства общего назначения. Сплавы серии 3ХХХ имеют средние механические характеристики и используются для производства формовкой, в том числе листового алюминия для автотрейлеров и бытового применения. С помощью упрочнения под механическими нагрузками этим сплавам можно придать нужную жидкотекучесть и антикоррозионные свойства. Сплавы серии 3ХХХ не склонны к образованию горячих трещин и хорошо поддаются сварке. Для этого обычно используются материалы серий 4043 или 5356. Впрочем, невысокие механические характеристики не позволяют использовать их для изготовления металлоконструкций.

Кремний (серия 4XXX) позволяет снизить температуру плавления алюминия и улучшить жидкотекучесть. В основном эта серия используется в качестве присадочного материала. Сплавы 4ХХХ отличаются высокими сварочно-технологическими характеристиками и считаются не пригодными к термообработке. В частности, сплав 4047 стал предпочтительным выбором в автомобильной промышленности, потому что он обладает очень высокой жидкотекучестью и хорошо подходит для пайки и сварки.

Магний (серия 5XXX) при добавлении в алюминий обеспечивает высокие сварочно-технологические характеристики с минимальным снижением механических свойств и устойчивость к образованию горячих трещин. Более того, серия 5ХХХ имеет самые высокие сварочно-технологические характеристики среди всех алюминиевых сплавов, не пригодных к тепловой обработке. Благодаря коррозионной устойчивости эти сплавы используют для изготовления резервуаров для химикатов и сосудов высокого давления и температуры, а также металлоконструкций, железнодорожных вагонов, самосвалов и мостов. При сварке с присадочными материалами серии 4ХХХ они теряют жидкотекучесть из-за образования Mg2Si.

Кремний и магний (серия 6XXX) — в этой серии сплавов используются оба этих легирующих элемента. В основном они применяются в автомобильной, трубной, железнодорожной и строительной отрасли, а также для штамповки выдавливанием. Серия 6ХХХ несколько склонна к горячему растрескиванию, но эту проблему можно решить, правильно подобрав сварочные материалы. Сплавы этой серии можно сваривать материалами серий 5XXX и 4XXX без риска трещин – однако для этого необходимо обеспечить должное разбавление основного материала присадочным. Чаще всего для этого используют материалы 4043.

 

 

Цинк (серия 7XXX) при добавлении в алюминий вместе с магнием и медью образует пригодный к тепловой обработке сплав с самыми высокими механическими характеристиками. В основном используется в авиационной отрасли. Сплавы серии 7ХХХ часто плохо подходят для сварки из-за склонности к образованию трещин (из-за широкого температурного интервала плавления и низкого солидуса). Сплавы 7005 и 7039 пригодны для сварки присадочными материалами серии 5ХХХ.

Другие элементы (серия 8XXX) — в эту серию включены все остальные легирующие элементы алюминиевых сплавов (например, литий). Большинство из этих сплавов редко подвергаются сварке, хотя они отличаются очень высокой жесткостью и в основном используются в аэрокосмической отрасли. В качестве присадочного материала для этих сплавов используется серия 4ХХХ.

Чистый алюминий (серия 1XXX) — алюминий без легирующих элементов считается непригодным к тепловой обработке и в основном используется для изготовления резервуаров и труб для химикатов ввиду его высокой коррозионной устойчивости. Эти материалы также часто используют в электрических шинах благодаря высокой электропроводимости. Для сварки серии 1ХХХ хорошо подходят сплавы 1070, 1100 и 4043.

Помимо основных легирующих элементов, также существует и множество вторичных, куда входят хром, железо, цирконий, ванадий, висмут, никель и титан. Эти элементы могут придать алюминию коррозионную устойчивость, повышенные механические характеристики и пригодность к тепловой обработке.

Физические свойства
После того, как мы разобрались с металлургией алюминиевых сплавов, давайте рассмотрим физические свойства алюминия и того, как они соотносятся с другими металлами, например, сталью.

 

 

 

Главная причина настолько широкого распространения алюминия — это его физические свойства. Например, алюминий в три раза легче стали и в то же время при соответствующем легировании имеет более высокую прочность. Он проводит электричество в шесть раз лучше углеродистой стали и почти в 30 раз лучше нержавеющей стали. Высокая проводимость делает влияние вылета проволоки в режиме MIG менее значительной по сравнению со сталью.

 

Кроме того, алюминий имеет высокую коррозионную устойчивость, легко меняет форму и соединяется, а также нетоксичен и может использоваться в пищевой отрасли. Так как это немагнитный металл, во время сварки можно не опасаться отклонения дуги. Благодаря в 5 раз более высокой теплопроводимости по сравнению со сталью алюминий легко поддается сварке в сложных пространственных положениях. Впрочем, алюминий имеет свои недостатки, так как он быстро отводит тепло, что затрудняет сплавление и снижает глубину проплавления.

Так как алюминий имеет низкую температуру плавления — 660 градусов Цельсия (в два раза меньше, чем у стали) — при том же диаметре проволоки для его плавления требуется намного меньшая сила тока. Более того, при равной силе сварочного тока скорость расплавления проволоки примерно в два раза выше стали.

Химические свойства
В том, что касается химического состава, алюминий имеет высокую способность к растворению атомов водорода в жидкой форме и низкую — при температуре затвердевания. Это означает, что даже небольшое количество растворенного в жидком наплавленном металле водорода после затвердевания алюминия будет стремиться выйти из металла, что приведет к образованию пористости.

Кроме того, при механической обработке алюминий вступает в реакцию с кислородом и мгновенно образует слой оксида алюминия. Этот слой очень пористый и может легко удерживать в себе влагу, масло и другие материалы. Пленка оксида обеспечивает хорошую коррозионную устойчивость, но перед сваркой ее следует удалить, так как из-за высокой температуры плавления (2050°C) она ограничивает глубину проплавления. Для этого применяются механическая очистка, растворители, химическая очистка и травление.

 

 

Механические свойства
Механические свойства алюминия, например, предел текучести, предел прочности и относительное удлинение, зависят от комбинации основного металла и сварочных материалов. При сварке шва с разделкой кромок прочность соединения зависит от зоны теплового воздействия. В случае непригодных к тепловой обработке сплавов зона теплового воздействия окажется полностью отожжена и зона теплового воздействия станет самым слабым местом. Для полного отжига пригодных к тепловой обработке сплавов требуется намного больше времени при температуре отжига в сочетании с медленным охлаждением, поэтому надежность сварного шва в этом случае падает меньше. Такие аспекты, как предварительный подогрев, отсутствие охлаждения меду проходами сварки и лишнее тепло из-за низкой скорости сварки или поперечных колебаний, увеличивают как пиковую температуру, так и длительность воздействия повышенной температуры, что увеличивает риск падения механических характеристик.

При угловой сварке механические характеристики зависят от состава используемых сварочных материалов. При изготовлении металлоконструкций использование 5ХХХ вместо 4ХХХ может обеспечить в два раза более высокую прочность.

Сплавы, непригодные к тепловой обработке, имеют высокую жидкотекучесть при использовании сварочных материалов той же серии, хотя при сварке материалами серии 4ХХХ жидкотекучесть становится меньше. Пригодные к тепловой обработке сплавы обычно имеют из-за нее низкую жидкотекучесть.

 

   

 

О металлургии подробнее
После того, как мы обсудили основные положения о металлургии алюминия, давайте применим эту информацию к практической сварке сплава. Сначала мы рассмотрим технологию, которая позволяет получить наилучшее качество сварки алюминия и решить такие распространенные проблемы, как недостаточное проплавление, высокий уровень разбрызгивания, прожигание и пористость.

Современные инверторные сварочные аппараты с запатентованной технологией управления формой волны сварочного тока компании Линкольн позволяют точно регулировать характеристики формы волны, чтобы оптимальным образом контролировать перенос капель расплавленного металла. Это помогает снизить разбрызгивание из-за низкой плотности алюминия, в то время как импульсы пикового тока обеспечивают должную глубину проплавления.

Кроме того, так как изменение химического состава оказывает большое влияние на физические характеристики сплава, эта возможность позволяет индивидуально подобрать форму волны для каждого конкретного сплава с учетом физических характеристик металла.

Так как алюминий имеет высокую способность к растворению водорода в жидком виде и низкую — при застывании, можно разработать пульсирующую форму волны, которая позволит сократить длину волны за счет снижения силы сварочного тока и риска возникновения пористости.

Недавно компания Линкольн вывела эту технологию на новый уровень благодаря программе Wave Designer Software®. Она позволяет сварочным инженерам и сварщикам в реальном времени корректировать и изменять текущую форму волны сварочного тока подключенного к сети аппарата на собственных персональных компьютерах. При использовании в сочетании с инверторными сварочными аппаратами это позволяет обеспечить высокое качество сварки в любых условиях.

Новые методы сварки
Применение источников питания на падающей ВАХ для сварки алюминия в защитном газе имеет долгую и успешную историю. При сварке алюминия падающая ВАХ позволяет обеспечить высокоэнергетический струйный перенос металла, который стабильно и равномерно реагирует на изменения собственно силы сварочного тока, несмотря на колебания длины дуги. В результате падающая ВАХ обеспечивает равномерную глубину проплавления по всей длине шва.

Совершенствование контроля дуги привело к появлению инверторных источников питания с программным управлением. “Оптимизация” характеристик дуги программными методами при MIG-сварке алюминия вышла на новый уровень благодаря разработанной компанией Линкольн Электрик технологии управления формой волны. В этом импульсном режиме с высокоскоростным синергетическим управлением падающая вольт-амперная характеристика модифицируется так, чтобы обеспечить несколько преимуществ при сварке алюминия. Например, сюда входит повышенный сварочный ток в момент пика импульса. Пики импульсов позволяют обеспечить равномерный профиль проплавления по всей длине шва. Также при этом снижается разбрызгивание, улучшается жидкотекучесть сварочной ванны, что позволяет увеличить скорость сварки, и снижается тепловложение и связанный с ним риск деформаций.

Технология управления формой волны выводит импульсную сварку на новый уровень. Она позволяет пользователю создать индивидуальную, “идеальную” для каждой конкретной задачи форму волны. Эта технология и ее возможности индивидуальной настройки поддерживается высокотехнологичными источниками питания, например, инверторными моделями семейства Power Wave®. Аппараты Power Wave можно использовать двумя способами. Оператор может выбрать предустановленную форму волны для сварки алюминия или же создать собственную с помощью программы Wave Designer™. Индивидуально разработанные формы волны затем переносятся с компьютера на аппарат Power Wave.

Анатомия формы волны
Но что именно представляет собой технология управления программы Wave Designer Pro? Благодаря этой технологии источник питания мгновенно регулирует сварочный ток по заданной программе. Учтите, что “форма волны” позволяет влиять на поведение каждой отдельной капли расплавленного присадочного материала. Область ниже формы волны отражает энергию, прилагаемую к этой капле. При струйном переносе металла сила тока на несколько миллисекунд увеличивается настолько, чтобы расплавить металл. В этот момент формируется и отделяется капля металла, которая затем начинает движение вдоль дуги. Теперь в период спуска капли к ней можно приложить дополнительную энергию, которая позволила бы сохранить или увеличить ее жидкотекучесть. После этого импульс переходит в фазу фонового тока, которая позволяет поддержать дугу, охладить материал и подготовиться к следующему пику.

Давайте рассмотрим форму волны подробнее. Фаза возрастания (А) — это период увеличения силы тока до пиковой (измеряется в амперах в миллисекунду), в течение которого формируется расплавленная капля на кончике электрода. По достижении пикового значения капля отделяется. Процентная доля “превышения” (B) придает дуге дополнительную жесткость и способствует отделению расплавленной капли от электрода. Длительность пиковой фазы (C) влияет на размер капли: чем она меньше, тем больше становится капля. С этого момента отделившаяся капля зависит от энергии, подаваемой на фазе убывания. Эта фаза состоит из периодов снижения пикового тока (D) и финального тока (E). Период снижения пикового тока позволяет при необходимости увеличить энергию расплавленной капли. Это улучшает жидкотекучесть сварочной ванны в период снижения пикового тока. Фаза финального тока начинается после снижения пикового. Она влияет на стабильность анода и регулировка силы финального тока может помочь избавиться от избыточного распыления мелких капель. С этого момента ток переходит к фоновому значению (F), которое позволяет сохранить дугу. Чем меньше длительность фазы фонового тока, тем больше частота пульсации. Чем выше частота пульсации, тем выше становится средняя сила тока. С другой стороны, увеличение частоты приведет к более сфокусированной дуге.

Форма волны также зависит от “адаптивной характеристики” импульсной MIG-сварки с синергетическим управлением. Адаптивность подразумевает способность дуги сохранять заданную длину дуги несмотря на изменения вылета электрода. Это важный аспект для стабильной сварки и надежности соединения.

Оптимизация сварки через регулировку формы волны
Регулировка формы волны сварочного тока позволяет получить необходимую скорость сварки, хороший внешний вид шва, упростить очистку поверхности после сварки и сократить уровень выделения дыма. Настоящая сила этой технология заключается в возможности самому настраивать форму волны  в программе Wave Designer Pro и том, насколько легко это сделать. Пользователь может в реальном временем менять дугу простым движением мыши в привычной среде PC Windows™. Пятиканальная панель ArcScope позволяет просматривать сделанные изменения, в том числе пиковые значения тока и напряжения, а также расчетное тепловложение. ArcScope собирает данные с частотой 10 КГц. «то ценное опциональное дополнение к программе Wave Designer. ArcScope дает сварочному инженеру визуальное представление разработанной им формы волны. После проведения оценки он может внести поправки.

Например, при сварке тонколистового алюминия технология управления формы волны поможет уменьшить тепловложение, деформации, разбрызгивание, устранить несплавление и прожигание. Это уже смогли подтвердить на своем опыте многие компании. Пользователь может составить программы сварки для определенного диапазона скорости подачи проволоки и/или силы тока и благодаря этому работать с очень широким диапазоном толщин материалов и скорости подачи проволоки.

Заключение
Алюминий имеет целый ряд отличительных особенностей, которые делают его привлекательным выбором для многих задач несмотря на то, что его сварка может быть связана с определенными сложностями. Тем не менее, хорошее понимание его металлургии и знание доступных на современном рынке инструментов и технологий позволят вам справиться с этой задачей.

Медь или алюминий — какая проводка лучше.

:
Я пригласил электрика для обновления ввода электричества в дом.
Он начал настаивать, что повод к дому надо делать только медным проводом,
доказывая что это обязательное требование.
Я пока отказался от его услуг.
Подскажите, обязательно ли его требование?
И еще: какой провод лучше: медный или алюминиевый?

Вистр
Такого обязательного требования смены алюминиевых проводов на медные, пока нигде нет.
Есть только рекомендации.
Скорее всего, это личная инициатива самого электрика. Т.к. медные провода значительно дороже
алюминиевых. Наверное, электрик мог иметь какую-то свою личную выгоду.
Теперь о том, какой провод лучше: медный или алюминиевый…
Медь по своим электротехническим характеристикам лучше алюминия, т.е. ее сопротивление почти
в полтора раза меньше алюминия.
Другими словами: при одинаковом диаметре провода, медный провод может пропускать в полтора
раза больше тока не нагреваясь.
Но какая Вам существенная разница, если примените алюминиевый провод чуть большего сечения?
Кроме того, у меди есть очень нехорошее качество: она со временем сильно окисляется.
Поэтому, надежность контактов быстро падает. Это приводить к нагреванию провода около
контактного узла. Соответственно, изоляция начинает плавится и может возникнуть короткое замыкание.
Если Вы все-таки решили использовать медные провода, то их концы надо хорошо зачищать
и залуживать. Также надо просмотреть все крепежные элементы контактов.
Желательно, чтобы они были либо латунные, либо бронзовые.

liqerr
Сегодня профессионалы предпочитают медь. Почему? На открытом воздухе алюминий быстро окисляется образуя окисную пленку практически не проводящую электрический ток. Алюминий хрупкий, локий материал — несколько раз согнули и он сломался. При длительной эксплуатации он рассыпается буквально в порошек. Медь тоже окисляется, но ее окисел является токопроводящим т.о. она не теряет свох электропроводящих свйств. Устойчива к кручению, изгибу и т. п. Да она дороже.
Но тут экономить не стоит — помните скупой платит дважды!

Vlad128
Электрик прав. Непосредственное соединение деталей из меди (латуни) с алюминием вызывает быстрое разрушение последнего из-за контактной коррозии. Поэтому в старых вилках, розетках и выключателях контакты для алюминиевого провода изготавливались из оцинкованного железа. Сейчас подобные электротехнические изделия практически не применяются. Остаётся один вариант: кабель с медной жилой.

Олег40
Моя алюминиевая проводка служит лет30 без нареканий и даже несмотря на ремонты я её не менял на медь. Минус только в ломкости. За этот период времени приходилось пару раз менять выключатели и розетки. Провод иногда ломался, но так — как в коробке оставлен запас, то это не есть проблемой. Это скорее модная тенденция такая и некоторые преимущества в монтаже. Если ставить алюминий — большой бедой это не будет, важнее с сечением не ошибиться.

jeck
На самом деле есть правила и нормы которые нужно соблюдать. Ввод в дом у нас регламентируются ПУЭ, глава 2.1 говорит нам о вводе и о проводке в домах, глава 2.4 — там про ВЛ и вводы в дом, таблица 2.4.2 — здесь приведены нормы кабелей и их сечений какие можно использовать на ввод, для алюминия свои нормы для меди свои, так же многое зависит от расстояния от опоры до дома.

vladislavus
У меди сопротивление действительно меньше, чем у алюминия и она хорошо выдерживает большие нагрузки. Алюминий же является более хрупким материалом и я сам на этом «горел».

Медные и алюминиевые провода нельзя соединять вместе. Об этом вам скажет любой электрик. И это не простой каприз, а вполне разумное решение, основанное на несовместимости этих двух видов металлов. Но в том — то и проблема, что даже электрик, доподлинно не знает ее причину. Давайте и попытается разгадать эту загадку.

И так, почему нельзя соединять вместе алюминиевые и медные провода. Если вы спросите об этом у электрика, то, скорее всего, получите ответ, что такой контакт будет постоянно греться и гореть. Все это выглядит довольно странно, ведь если соединить медь со сталью, то такой контакт будет прекрасно работать.

Есть несколько гипотез, объясняющих причину неустойчивости медно алюминиевого контакта:

1. Существенные различия в коэффициентах теплового расширения этих металлов при прохождении через них электрического тока. Ну а раз так, то прочность соединения нарушается, и контакт начинает гореть.
2. Поверхность алюминия со временем окисляется, и покрывается пленкой, с чрезвычайно низким коэффициентом проводимости электрического тока. Все это также приводит к нарушению прочности контакта, его ослаблению, и возникновению электрической дуги, которая и завершает процесс его разрушения.
3. Согласно иному мнению, все дело в гальваническом эффекте, который имеет место при соприкосновении этих металлов. Именно он и приводит к нагреву контакта и его дальнейшему разрушению.

Давайте попробуем разобраться, где здесь, правда, а где ложь?

В результате целого ряда экспериментов, было выяснено, что коэффициент теплового расширения здесь вовсе не причем. Разность в коэффициентах настолько мала, что ее легко можно компенсировать, применив для медно алюминиевого контакта надежный зажим. Если его хорошо затянуть, то теплового расширения можно не бояться.

Особого влияния на прочность медно алюминиевого контакта не оказывает и оксидная пленка, образующаяся на поверхности алюминиевого провода. Чтобы ее нейтрализовать, достаточно перед соединением обработать провода противооксидной смазкой, и затем периодически проводить ревизию соединения. В этом случае оно будет долго и надежно работать.

Тогда в чем же дело? Неужели во всем виновата гальваника?

Именно она является основной причиной окисления такого рода контактов. При этом этот процесс затрагивает как медь, так и алюминий. И хотя эти окислы по – разному проводят ток, то при соединении проводов происходит их диссоциация, приводящая к распаду материалов на электрически заряженные ионы. Этому способствует влага, содержащаяся в окружающем воздухе. При этом образовавшиеся ионы будут иметь прямо противоположные заряды, что при наличии электрического тока, приведет к возникновению электролиза.

Ионы начнут активно перемещаться. Но ведь по сути, это частицы контактирующих между собой металлов. Ну а раз так, то этот процесс будет сопровождаться их естественным разрушением, что, в конечном итоге, приведет к ослаблению контакта, его нагреву, и возникновению электрической дуги, которая и довершит процесс разрушения.

Силовые многожильные провода различного назначения относятся к категории медный провода . Из-за того, что сейчас видов проводов существует очень много, которые выпускаются не только по отраслевым, но и по общегосударственным стандартам, применяется на практике маркировка изделий только буквенно-цифровая. Проще говоря, техническое обозначение проводов принято с определенными параметрами, при изготовлении которых материалы были использованы соответствующих ГОСТов.

Стандартная конструкция провода представляет собой одну или же несколько изолированных жил, заключенных в герметичную оболочку. Оболочка может быть свинцовой, пластмассовой, алюминиевой или резиновой. В зависимости от условий использования, изделие иногда покрывается броневым слоем из проволоки различного сечения или стальных лент.

Виды продукции медного провода.

Несколько видов проводов существуют в настоящее время, различают которые по областям применения. При строительстве линий, у которых передача основное назначение, а также распределение электричества в силовых и осветительных установках – применяются силовые провода. Образцы с медными и алюминиевыми жилами выпускаются промышленностью.

Полиэтилен, резина, бумага, ПВХ и другие материалы используются в качестве изоляции. Выполняется бронированное покрытие из алюминия, свинца, пластика или резины. Для подвода питания сигналами низкого напряжения к различным электрическим устройствам и еще для создания специальных контрольных цепей используются контрольные провода, которые снабжены алюминиевыми или медными жилами сечением до 10 мм 2 .

Применяются провода с медными жилами в пластиковой оболочке, а также с предохраняющим от воздействия электромагнитных помех экранированным покрытием, обычно в автоматизированных системах, при этом зависит вес медного провода от числа жил и их сечения.

В средствах связи получили широкое применение специальные провода, с помощью которых осуществляется передача сигналов, делится данный тип провода на два вида: высокочастотные провода дальней связи и для локального использования в местных линиях – низкочастотные провода.

При помощи использования проводов коаксиальной конструкции с центральным медным проводом, который покрыт полиэтиленом или фторопластом (из этих же материалов выполнен верхний изолирующий слой), проводится обеспечение связи между радиотехническими устройствами.

Медный провод и аспекты его эксплуатации.

В качестве проводки для жилых или промышленных зданий, согласно инструкциям контролирующих органов, использовать рекомендуется многожильные провода из меди. У строителей наибольшим спросом пользуются изделия марки ВВГ, представляет собой данный тип проводки изделие с двойной ПВХ изоляцией. Он может в зависимости от общего сечения применяться на тех участках, где нагрузка на медный провод будет составлять от двойной ПВХ изоляцией. Проверить сопротивление медного провода можно даже и в домашних условиях, понадобится для этого прибор SmartClass ADSL, предназначенный для измерения различных параметров проводки.

Медный провод с резиновой изоляцией типа КГ также пользуется большой популярностью, он имеет прекрасную гибкость, благодаря наличию внутри множества медных проволочек. Специальные добавки внедрены в состав изоляции КГ, для использования в условиях вечной мерзлоты данного типа проводки.

Медный бронированный кабель ВБбШв завершает список, он снабжен двойной ПВХ изоляцией и имеет защиту в виде двух слоев металлической ленты. Основной областью применения данного типа кабеля являются трассы, проложенные в грунте, также он применяется в тоннелях и на воздухе. Этот провод достаточно устойчив к возгоранию, благодаря графитовой крошке, которая входит в состав изоляции.

И снова ремонт, и снова полуразрушенные стены, шпаклевка и желание приблизиться к своей заветной мечте. Одна из них – добиться, чтобы медные провода для проводки наконец-то заняли свое законное место, взамен старых, алюминиевых.

Медные провода – новые требования для качественной электропроводки

Какие будет правильнее выбрать провода: медные или алюминиевые? Этот вопрос, прежде всего, можно адресовать вашему электрику, хотя уже сейчас можем предположить, что его ответ будет в пользу медных.

А все потому, что медная проводка более предпочтительна в условиях всепоглощающего «нашествия» современных электроприборов. Если вам до сих пор совершенно не понятно, откуда и куда идут провода в вашей квартире, и уж совсем не ясно, зачем нужна проводка, то можем посоветовать совсем не мучаться штудированием текстов по физике и отдать все в руки электрику – и право выбора, и материалы, и, конечно же, деньги за оплату его услуг.

Без привлечения специалистов и при поверхностных знаниях материала, установить проводку «с нуля» будет не просто трудно, а архитрудно. Но для самых настырных устраиваем ликбез. Итак, провода (те, что общего назначения) могут быть изготовлены как из меди, так и из алюминия. Учитывая, что в электропроводке вопрос изоляции один из самых важных, провода защищены материалами из ПВХ пластика, а также резины или полиэтилена.

Алюминиевый и медный провод значительно отличаются друг от друга – первый стоит намного меньше и «грешит» рядом недостатков, второй считается менее хрупким и имеет меньшее электрическое сопротивление (по сравнению со своим алюминиевым собратом). Ну, естественно и цена выше. У алюминиевого провода повышенная хрупкость, а также проблема с пайкой соединений.

Добавьте к этому еще и большое электрическое сопротивление, и становится ясно, почему такие провода уступают пальму первенства медным, а ваш электрик и слышать не хочет ничего про алюминий. Оба провода могут быть с виниловой изоляцией, это допускается нормами. Ранее использовали в квартирах именно алюминиевые провода, теперь владельцам таких квартир приходится решать – менять полностью проводку на новую или латать при помощи тех же материалов, что и были раньше в наличии, старую.

Медная проводка и выдерживаемая нагрузка

Сплошные плюсы медной проводки уже оценили жители новостроек. В квартирах, построенных в последнее десятилетие, проводка идет с учетом новых требований и рекомендаций. Так что тем, кто только заселяется в новые квартиры, не надо ломать голову над тем, выдержит ли их проводка многочисленную армию бытовой техники, исчисляемой, скорее всего, количеством далеко за десяток, или нет. Кстати, для общего сведения – активную нагрузку медный провод может выдерживать в 5 кВт, в то время как алюминиевый всего в 3 кВт.

Качественная электроинсталляция займет, конечно же, немало времени и денег, зато благодаря правильному подходу, ваша электропроводка не перегорит сразу же от повышенных нагрузок и не принесет вреда вам и бытовым приборам . Лучше один раз решить вопросы с прокладкой нужного провода, чем потом корить себя за то, что не учли какие-то важные детали. Так что правильное решение – это выбор медного образца, имеющего как высокую электропроводимость, так и пластичность. Только, несмотря на все положительные качества, озвученные выше, все-таки не поленитесь и подсчитайте на калькуляторе, какова будет суммарная нагрузка на сеть при использовании ваших электроприборов (расклад делайте по разным комнатам).

Непосредственно в стенах вам лучше укладывать плоские провода, что позволяет не разбивать глубоко стены. Если вам нужно прокладывать круглый провод, то, проводя его через монтажные трубы (гофрированные), вам придется поднапрячься, чтобы не разворотить стены. Тем более что обычный диаметр гофры (трубы) составляет примерно от 11 до 23 мм. Да, и не забудьте, что провода прокладывать придется либо горизонтально, либо вертикально (а не как вам вздумается), соединяться они будут в специальных монтажных коробках, а поверх покрыть их придется слоем штукатурки.

Начнем с простых, но важных советов, которые могут вам помочь пересмотреть свой взгляд на электропроводку – все не так страшно, как вам может показаться изначально. Так что читаем, размышляем и запоминаем.

1. Для освещения в вашем доме или квартире лучше брать медный провод сечением 1,5 мм 2 . При этом лучше сформировать несколько групп для подключения приборов – для комнат, кухни и коридора с ванной.
2. Для розеток лучше брать медный провод сечением 2,5 мм 2 . Для приборов мощных, как стиральные машины или электроплиты, лучше закупать образцы, заглянув предварительно в инструкцию приобретенного товара.
3. В комнатах должно быть как минимум по одной розетке (двойной) на каждые 5 м 2 . . В кухне 5 розеток (с обязательным заземлением). В ванной предусмотреть лучше (из-за повышенной влажности) две розетки с защитой от влаги. Возле телевизора несколько (для использования разных приборов).
4. Размещать розетки в комнатах можно в полуметре от пола, на кухне выше отметки в метр (легче подключать бытовые приборы на уровне столешницы), а вот в ванной комнате подальше от ванны или вашей (предостережение из-за влажности и возможности попадания брызг).
5. Заземляющий контакт – вещь не только нужная, но и обязательная. Не пытайтесь переиначить то, что создавалось и повсеместно применялось в рамках безопасности годами. Тут консультация не нужна – этот пункт принимается, а не обсуждается.
   
6. При подключении новой системы заземления лучше закупить и использовать трехжильный кабель. Это позволит не бояться, что вас может ударить током, а также что экстренно возникнет пожар в доме.
7. Учтите, что оборудование большей, чем обычно, мощности (от 2 кВт и выше) подключать можно только к отдельным контурам (выделенным линиям). Один такой контур может быть максимум на 10 розеток или два десятка осветительных приборов.
8. Подсчет максимальной нагрузки ведите с учетом одновременно подключенных и работающих бытовых устройств. Учтите, что число ваших электроприборов может «незаметно для вас» вырасти.
9. Кабель, продаваемый в магазине, как правило, имеет маркировку – черную или коричневую (фазовый провод), светло-голубую (нулевой), желто-зеленую (маркировка заземления). Фазовый провод всегда расположен с левой стороны от розетки.

Соорудить домашнюю электросеть невозможно без электрического кабеля. Однако для обустройства жилья мало его правильно установить, нужно еще грамотно подобрать подходящий тип. А для этого надо знать, какие характеристики влияют на выбор. Согласны?

Мы расскажем, какие типы изделий предлагает современный рынок и какой провод использовать для проводки в доме. Познакомим с востребованной номенклатурой и поможем разобраться в маркировке продукции для прокладки электролиний. Обозначим, на что следует ориентироваться покупателям и самостоятельным электромонтажникам.

Представленную к ознакомлению информацию с целью оптимизации восприятия мы дополнили схемами, фото-подборками, видео-рекомендациями.

Основными элементами любого электрического кабеля выступают жилы – элементы для прохождения электрического тока, изолированные друг от друга внутренней оболочкой и заключенные в общую оболочку.

Они обозначаются аббревиатурой ТПЖ.

Помимо токопроводящих жил (1) кабель может содержать такие конструктивные элементы, как заполнитель (3), проволочную или стальную броню (2) и внешнюю оболочку (4)

Жилы для передачи электрической энергии бывают двух типов:

Некоторые ошибочно полагают, что однопроволочные жилы и одножильные кабели – понятие идентичное. На самом деле одножильные изделия могут иметь только одну жилу, которая, в свою очередь, может быть выполнена одно- либо же многопроволочной.

Основой для изготовления токопроводящих жил может выступать медь или алюминий. Если сравнивать эти металлы, то алюминий, хоть и стоит дешевле, но проигрывает в том, что имеет меньший уровень электропроводности.

Это обозначает, что при равном сечении медный проводник способен пропускать больший ток. Единственным «минусом» меди является тот момент, что при ее нельзя напрямую соединять с другими металлами. Т.е. для соединения с алюминием потребуется переходник, исключающий формирования гальванической пары.

Алюминий – не лучший вариант для проводки в доме, поскольку имеет низкий уровень электропроводности, а в процессе эксплуатации быстрее окисляется и переламывается на изгибах

Если состыковку произвести посредством скрутки, то это место быстро окислится, что приведет к разрыву контактов, в результате которого может произойти замыкание магистрали. В идеале для всех линий в квартире стоит выбирать провода одного типа.

Кабели для электрических сигналов оснащают общей защитной оболочкой.

Изоляционный слой может быть выполнен из:

• резины;
• полиэтилена;
• ПВХ-пластиката.

Каждый их этих материалов характеризуется высокими изоляционными характеристиками. Благодаря этому их можно использовать в сетях различного класса напряжения в пределах 500 Вт.

Основное предназначение наружной оплетки – защищать проводники от влаги, которая способна привести к нарушению целостности изоляции и, как результат, к помутнению оптических волокон

Любой кабель, применяемый для внутридомовой и , имеет как минимум два изоляционных слоя: первый защищает собранные в пучок внутренние жилы, второй опоясывает только одну жилу.

Разновидности электрических проводов

Существует несколько классификаций, на которые ориентируются мастера при выборе .

Первый признак, по которому делятся кабели – количество жил . Эксплуатационные параметры одно- и многожильных изделий подробно расписаны в приведенной ниже таблице.

Сводная таблица эксплуатационных параметров одно- и многожильных электротехнических изделий в зависимости от количества задействованных нитей. Различие существует как в устройстве, так и по назначению

Ниже представлены четыре самых популярных вида кабелей, используемых при обустройстве внутриквартирных проводок.

Вид #1 – ВВГ кабель

При обустройстве внутриквартирной электропроводки, которая предусматривает , применяют ВВГ кабель . Он используется для передачи электрического тока при рабочем напряжении в пределах 1000 В. Количество жил в таких изделиях может колебать от одной до пяти.

Проводник тока ВВГ выпускают в одном из четырех вариантов исполнения: в виде изделий с плоским или круглым сечением, либо же треугольным или квадратным

К числу неоспоримых достоинств ВВГ изделий стоит отнести широкий температурный рабочий диапазон. Его смело можно использовать при температурах от -50 °C до +50 °C. Провод славится высокой прочностью на разрыв и способностью выдерживать влажность до 98%.

Изделие этого типа может иметь одно из трех обозначений:

• «п » — указывает на плоский тип сечения;
• «з » — обозначает, что между изоляцией ТПЖ и внешней оплеткой расположена резиновая смесь или ПВХ-жгуты;
• «нг » — указывает на то, что изоляция не распространяет горение.

В любых кабелях разновидности ВВГ, за исключением тех, что имеют обозначение «з», между наружной оболочкой и изоляционной прослойкой жил пространство не заполнено.

Внешняя оболочка ВВГ кабеля, как правило, окрашена в черный цвет, внутренняя изоляция токопроводящих жил маркирована желто-зеленым, голубым, красным или белым с синей полоской цветами

Для бытовых нужд используют кабель сечением от 1,5 мм 2 , при обустройстве частного дома изделие в 6 мм 2 . Величина радиуса изгиба изделия определяется путем умножения меньшей величины сечения на 10.

Вид #2 – кабель NYM

NYM – еще один качественный силовой кабель, предназначенный для проведения силовых и осветительных сетей напряжением до 660В. Многопроволочные токопроводящие жилы изделия выполнены из меди.

Число токопроводящих жил NYM кабеля может колебаться в районе от одной до пяти. Минимальные параметры поперечных сечений представленных в продаже изделий составляет 1,5 мм 2 , максимальное – 16 мм 2 .

Величина радиуса изгиба соответствует четырем диаметрам поперечного сечения.

Кабель NYM в разрезе: медные жилы заключены в ПВХ оболочки, между которыми проложена негорючая герметизация; роль наружной оплетки выполняет ПВХ изоляция

Кабель имеет двойную изоляцию:

• наружная оболочка выполнена из поливинилхлорида;
• внутренняя оплетка выполнена из негорючего ПВХ.

Внутренней пространство между изоляционными прослойками залито наполнителем, который представляет собой мелованную резину. Такое решение повышает прочность изделия и делает его более стойким к воздействию высоких температур.

Поэтому NYM кабель относится к числу влаго- и термостойких изделий. Его рабочие температурные пределы от -40 °C до +70 °C.

Единственным недостатком NYM кабеля является уязвимость перед УФ-лучами. По этой причине при использовании на открытом участке, куда попадают прямые лучи, его рекомендуется прикрывать.

Если сравнивать NYM кабель с ВВГ аналогом, то первый является более предпочтительным в плане эксплуатационных параметров. Но при ограниченности бюджета всегда можно сэкономить, задействовав NYM кабель только для соединения комнатных и квартирных щитков с этажным, а на участках проложить кабель ВВГ.

Вид #3 – провод ПУНП

Нередко для проводки используют бюджетный аналог – плоский провод ПУНП . Он представляет собой двух- или трехжильное изделие сечением 1,5-6 мм 2 . Каждая жила плоского провода выполнена из меди и является однопроволочной.

ПУНП применяется для подключения стационарно устанавливаемых осветительных систем и «запитки» розеток при номинальном напряжении сети в 250В и при частоте в 50Гц

Кабель также имеет двойную изоляцию:

• наружная оболочка призведена из ПВХ-пластиката;
• внутренняя оплетка сделана из поливинилхлорида.

В плане качества такой провод далеко не лучший вариант. К тому же, как показывает практика, изоляция провода очень уязвима к колебаниям температур и быстро разрушается при нагревании.

Вид #4 – бронированный кабель ВБбШв

При обустройстве системы освещения прилегающей к дому территории как нельзя лучше подойдет бронированный силовой кабель ВБбШв . Он предназначен для работы в условиях переменного номинального напряжения, диапазон которого варьируется в пределах от 660 до 1000 В.

Влагоустойчивое изделие удобно прокладывать в земле, в ж/б трубах и в гофре на открытом воздухе при условии создания дополнительной защиты от прямого попадания световых лучей.

Главным достоинством этого кабеля является наличие металлизированной брони, а потому его смело можно задействовать при обустройстве прокладки в земляной траншее

Токопроводящие жилы изделия выполнены из меди. Количество нитей может варьироваться в пределах от одной до пяти, каждая из которых может состоять из одной либо же большего числа проволок.

Сечение изделий ВБбШв колеблется в пределах от 1,5 мм 2 до 240 мм 2 . В качестве внутренней изоляции и внешней оболочки используется поливинилхлорид.

Критерии грамотного выбора

Залогом бесперебойной работы домашней магистрали электрической системы является качество комплектующих. А потому на этапе их приобретения одна из ключевых задач – выбрать кабель надлежащего качества.

Производители всегда указывают, из каких металлов выполнены жилы и какие материалы входят в состав оплетки изоляции; эти параметры обозначены в маркировке кабеля

Чтобы сориентироваться при выборе подходящего кабеля, нужно внимательно изучить маркировку изделия. На кабеле должны быть указаны: марка, название производителя и соответствие ГОСТу либо же техническим условиям. Величина сечения и марка кабеля должны с равным интервалом повторяться по всей длине наружной оплетки изделия.

Маркировка любого электрокабеля представлена числами и тремя буквами.

Первая цифра числового обозначения определяет количество жил, вторая цифра – площадь сечения каждой из них, третья – расчетное напряжение сети. Остальные цифры указывают на класс гибкости шнура. Первая буква определяет тип материала, задействованного при создании верхней оплетки изоляции.

Если перед вами изделие, в маркировке которого на первом месте стоит буква «А», это значит, что жилы выполнены из серебристого металла – алюминия; если такая буква отсутствует – нити произведены из меди

Вторая буква указывает на тип провода:

• «К » — контрольный;
• «П » — плоский;
• «М » — монтажный;
• «Ш » или «У » — установочный;
• «Мг » — монтажный с гибкой жилой.

Третья буква маркировки определяет материал, применимый для внутренней изоляции жил.

Варианты ее обозначения и расшифровки:

• «П » — изоляция сделана из полиэтилена;
• «В » или «ВР » — оплетка выполнена из резины;
• «Пв » — применен вулканизирующий полиэтилен;
• «Пс » — использован самозатухающий полиэтилен;
• «С » — наружная оплетка сделана из свинца;

Резиновая изоляция может быть защищена найритовой оболочкой «Н » или поливинилхлоридной «В ».

Пример расшифровки обозначения: ВВГ 4х2,5-380 – кабель с четырьмя медными жилами, имеющими площадь сечения 2,5 мм, рассчитанными на напряжение в 380 В, изолированными ПВХ оплеткой и заключенными в наружную ПВХ оболочку

Следующая буква обозначает тип кабеля: «НГ » — негорючий и огнестойкий, «Б » — бронированный, «LS » — не выделяет дым при плавлении. Изделия с бронированной оболочкой применяют там, где есть возможность механических повреждений.

Наличие в маркировке буквы «Э » сообщает, что между жилами присутствует наполнитель. Буквосочетание «ОЖ » показывает, что это однопроволочная жила.

Как рассчитать сечение провода?

Площади сечения жил стандартизованы. Их значения подбираются с ориентацией на силу тока, материал изготовления жил и условия прокладки. Ведь при эксплуатации кабеля на пределе его возможностей жилы буду нагреваться на несколько десятков градусов.

А если в одном лотке будет проложено несколько таких кабелей, то при взаимном нагреве изделий величина допустимого тока снизится до 30%.

Расчет делают по такой формуле Р/V .

• Р – мощность приборов, параметры которой указаны в технической документации;
• V – напряжение сети в 220 В.

Площадь сечения измеряют в квадратных миллиметрах. Так, один «квадрат» алюминиевого провода способен пропускать через себя от 4 до 6 Ампер. У медного аналога этот параметр достигает отметки в 10 Ампер.

К примеру для электроприбора мощностью в 4 киловатта по этой формуле сила тока становится равна 18,18 А = 4000 Вт/200В. Чтобы запитать такой прибор потребуется проложить проводку с медными нитями сечением в 1,8 мм 2 .

В качестве подстраховки полученное значение лучше дополнительно умножить на 1,5. Поэтому самый идеальный вариант для запитки такого мощного прибора – медный провод сечением 2 мм 2 . Если же рассматривать вариант установки алюминиевого аналога, то потребуется шнур, толщина которого больше в 2,5 раза.

Упростить задачу по поможет приведенная ниже таблица.

Важный момент! Проектируя скрытую проводку, данные из таблицы необходимо умножать на коэффициент 0,8 .

При открытом способен монтажа в том же частном доме в любом случае для надежности лучше использовать провод сечением от 4 мм 2 и выше, отдавая предпочтение изделиям с высокой механической прочностью.

По показателям плоскости сечения монтажный кабель для ввода в дом должен быть на одну ступень выше той, которая необходима для обслуживания самых установленных электроприборов.

Чтобы сэкономить, такой провод можно применить только для ввода в дом и подключив к клеммнику, а через автоматы отвести линии нужного сечения.

О том, какой кабель нужно использовать для устройства электропроводки в деревянном доме, узнаете из другой нашего сайта.

Выводы и полезное видео по теме

Перед выбором и практическим применением проводов лучше еще раз вспомнить теорию, посмотрев полезные видеосюжеты.

Видео #1. Как правильно выбрать провод:

Видео #2. Совет мастера, какой провод для дома лучше:

Ценовой диапазон представленных в продаже электрокабелей довольно широк. Но в этом вопросе не стоит экономить. Заниженная цена может указывать на то, что при производстве кабельного изделия были задействованы материалы низкого качества либо же провод имеет сечение меньше заявленного .

Приобретая продукцию китайских производителей, будьте готовы к тому, что в стремлении сэкономить вместо медных проводников многие из них задействуют омедненные алюминиевые провода. Внешне они практически не отличаются от медных аналогов, а разнятся лишь рабочими характеристиками.

Лучший проводник электроэнергии: выбор правильных металлов

В Quest-Tech мы используем различные сорта углерода, нержавеющей стали, алюминия, латуни и меди, и у нас есть производственные мощности для удовлетворения ваших производственных потребностей под одной крышей. Хотя все металлы (и некоторые металлические сплавы) в определенной степени проводят электричество, некоторые из них обладают большей проводимостью, чем другие. Лучший проводник электричества может вас удивить!

Какой металл является лучшим проводником электричества?

Серебро

Лучшим проводником электричества является чистое серебро, но неудивительно, что это не один из наиболее часто используемых металлов для проведения электричества.

Широкое использование чистого серебра имеет несколько недостатков. Во-первых, он имеет тенденцию к потускнению при использовании, что вызывает проблемы, связанные со «скин-эффектом», то есть неравномерным распределением тока, которое может возникать по токам высокой частоты. Второй недостаток является наиболее очевидным – прокладывать серебряную проволоку через здание слишком дорого – гораздо дороже, чем алюминий или медь.

Медь

Медь – один из наиболее часто используемых металлов для проведения электричества. Медь пластична, ее легко наматывать или паять, что делает ее лучшим выбором, когда требуется большое количество проводов.Основная электрическая функция меди связана с передачей электроэнергии и выработкой электроэнергии. Он используется в двигателях, генераторах, трансформаторах и проходных изоляторах. При правильной установке это самый безопасный и эффективный металл для производства электроэнергии.

Медь обычно используется в качестве эффективного проводника в бытовых приборах и в электрическом оборудовании в целом. Из-за низкой стоимости большинство проводов имеют медное покрытие. Часто можно встретить сердечники электромагнитов, обычно обмотанные медной проволокой.Медь также используется в микроэлектронных проводниках, электрических цепях и микропроцессорах из-за ее высокой проводимости и низкого сопротивления джоулевому нагреву. Он также используется в мобильных телефонах, телевизорах и компьютерах.

Алюминий

Алюминий – еще один металл, известный своей высокой проводимостью электричества. Хотя по объему его проводимость составляет всего 60% от меди, по весу один фунт алюминия имеет пропускную способность по электрическому току, равную двум фунтам меди. Это делает его очень экономичным материалом, и из-за этого он все чаще заменяет медь в некоторых приложениях, связанных с электричеством.

Алюминий используется в линиях электропередач на большие расстояния, при передаче и распределении электроэнергии высокого напряжения в коммунальных сетях; а в зоне обслуживания – служебный вход и механизмы подачи проволоки. Его плотность и исключительно низкая стоимость делают его очень разумным выбором для многих крупных электрических приложений, таких как электрические силовые кабели, электрические разъемы и даже электрические контакты выключателя. Алюминий часто используется в спутниковых антеннах.

Золото

Золото

также известно своей высокой проводимостью, но из-за своей стоимости оно используется только в умеренных количествах.Микрочипы могут иметь золотые провода для соединений, и там, где приложения требуют высокой стойкости к окислению и коррозии наряду с высокой проводимостью, используется очень тонкое золотое покрытие.

Когда дело доходит до металлических сплавов, их физические свойства могут улучшить основной металл в таких областях, как прочность, долговечность, устойчивость к условиям окружающей среды и электрические применения.

Например, латунь – сплав меди – также используется для проведения электричества. Его получают путем добавления примерно 30% цинка к чистой меди.Хотя электрическая проводимость и теплопроводность латунного сплава составляет всего 28% от меди, его немагнитные свойства делают его идеальным для электрических и электронных клемм и соединителей.

Какой металл является самым плохим проводником электричества?

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь разных сортов, хотя и не известна своей электропроводностью, все же имеет важное электрическое применение. Типы 304 и 316 являются наиболее распространенными марками, используемыми в электротехнической промышленности из-за их превосходной устойчивости к коррозии.Электрические шкафы для настенного и напольного монтажа, а также отдельно стоящие распределительные коробки изготавливаются из нержавеющей стали.

Свяжитесь со специалистами по металлу Quest-Tech

Quest-Tech знает, что выбор подходящего металла для работы может иметь решающее значение, будь то электричество или другие требования. Мы специализируемся на производстве металлических компонентов и сборочных конструкций, и мы готовы ответить на любые ваши вопросы и помочь вам принять правильное решение. Хотите использовать Quest-Tech для своего следующего проекта? Свяжитесь с нами сегодня!

Почему алюминиевая фольга проводит электричество? – Видео и стенограмма урока

Проводники и изоляторы

Прежде чем мы узнаем, что делает алюминиевую фольгу проводником, нам нужно узнать, что делает любой материал проводящим.Что касается электропроводности, материалы обычно можно разделить на две категории: проводники и изоляторы. Проводники – это материалы, которые позволяют электронам свободно перемещаться по ним при приложении заряда. Изоляторы в данном случае – это не тот тип, который согревает ваш дом, скорее, изоляторы в данном контексте представляют собой материалы, которые не позволяют электронам свободно перемещаться через них при приложении заряда. Другими словами, электричество легко проходит через проводники, но не через изоляторы.

Итак, что определяет, текут ли электроны через материал при приложении этого заряда? Это связано с самыми удаленными электронами в атомах материала. Твердые материалы состоят из атомов, связанных друг с другом, образуя узор, называемый решеткой. Каждый атом состоит из одного ядра, окруженного облаком электронов. Самые удаленные электроны известны как валентных электронов . Является ли материал проводником или изолятором, зависит от того, насколько хорошо они удерживают валентные электроны.

Валентные электроны изолятора прочно связаны со своим родительским атомом. Когда на изолятор подается заряд, валентные электроны сохраняют свои позиции. Поскольку заряду некуда деваться, электричество не может протекать через материал. В проводнике валентные электроны не связаны прочно со своим родительским атомом. Когда к проводнику прикладывается заряд, он сбивает валентный электрон с его родительского атома. Затем этот только что свободный электрон отталкивает валентный электрон от другого атома и так далее.Это создает цепную реакцию движущихся электронов, называемую электронным током в проводнике.

Проводимость алюминиевой фольги

Итак, теперь, когда мы знаем, как работают проводники, что делает алюминиевую фольгу хорошим проводником? Оказывается, не только алюминиевая фольга, но и делает все металлы хорошими проводниками. Когда создаются металлические связи, они освобождают валентные электроны от своих родительских атомов. Эти свободных электронов и текут через решетку металла в случайных направлениях.Посмотрите на эту диаграмму, появившуюся здесь:

Красные кружки представляют собой свободные электроны в алюминии, текущие в случайных направлениях вокруг атомов, представленных синими кружками. Когда в металл вводится заряд, свободные электроны немедленно переходят из случайных направлений в одно направление. Это создает электрический ток в металле. Как и все другие металлы, алюминий из-за этого является отличным проводником.Фактически, это четвертый лучший дирижер после золота, меди и серебра.

Что касается вида фольги, то оказалось, что это неважно. Невозможно придать алюминию форму, чтобы он не был проводником. Неважно, есть ли у вас алюминиевый блок, фольга, проволока или любая другая форма. Все они дирижеры по тем же причинам, что и те, которые мы рассмотрели на этом уроке.

Резюме урока

Хорошо, прежде чем мы подведем итоги, давайте рассмотрим важную информацию из этого урока.Алюминиевая фольга, как известно, является проводником и электричества, а это означает, что электроны могут свободно перемещаться через материал, когда к нему прикладывается заряд. Это в отличие от изоляторов , которые не позволяют зарядам свободно проходить через них.

Что определяет, является ли объект проводником или изолятором, так это то, насколько сильно атомы, составляющие материал, удерживают свои внешние электроны, называемые валентными электронами . Проводники слабо удерживают валентные электроны.При приложении заряда валентные электроны отделяются от атомов в цепной реакции, создавая электрический ток через проводник. Изоляторы прочно удерживают свои валентные электроны. При приложении заряда валентные электроны изолятора не отделяются, и ток не течет.

Алюминий – хороший проводник, потому что это металл. В металлах валентные электроны уже отделены металлическими связями между атомами. Мы называем эти электроны, которые разрывают связь со своим атомом , свободными электронами .Они легко начинают двигаться всякий раз, когда к металлу прикладывают заряд. Нарезка алюминия на фольгу не влияет на это свойство. Алюминий всегда будет проводником, независимо от его формы.

Алюминий как проводник

Одним из основных атрибутов многих металлов является способность проводить электричество, и алюминий является одним из лучших в этом применении. В качестве электрического проводника немногие материалы могут соперничать с алюминием.Вот почему так много отраслей и технологий, от высокотехнологичных потребительских устройств до авиакосмической промышленности и сверхмощных трансформаторов, обратились к алюминиевым сплавам в качестве решения.

Химический состав металла означает, что в большинстве случаев металлическое соединение позволяет проводить электричество. Металлические атомы окружены постоянно движущимися электронами, которые позволяют электричеству легко перемещаться между ионами. Хотя алюминий не является лучшим металлическим проводником, его превосходят только чистое серебро (№1), чистая медь (№2) и чистое золото (№3).На другом конце спектра железо – средний проводник, а нержавеющая сталь – один из худших.

Из-за очевидных затрат, которые потребуются, серебро и золото не являются жизнеспособными вариантами в промышленных масштабах. Таким образом, остается только медь в качестве более подходящего проводника электричества, и если сравнить их, у алюминия есть много преимуществ, которые делают его более привлекательным для производителей и дизайнеров.

Сегодня мы рассмотрим способы использования алюминиевых сплавов в электрических устройствах и то, что вам нужно знать при выборе сплава, который подходит именно вам.

Алюминий по своей природе является проводником

Во-первых, алюминий сам по себе является одним из лучших металлов для проведения электричества. Алюминий на самом деле способен к так называемой сверхпроводимости, когда электрическое сопротивление материала исчезает и поля магнитного потока исчезают. В нормальном металлическом проводнике сопротивление будет постепенно уменьшаться по мере его охлаждения, в то время как в сверхпроводнике существует критическая температура, при которой сопротивление внезапно упадет до нуля.Это означает, что обычный электрический ток может продолжаться бесконечно долго через петлю из сверхпроводящего провода без необходимости в источнике питания.

В алюминии критическая температура сверхпроводимости составляет 1,2 кельвина. Его критическое магнитное поле составляет примерно 100 гаусс. Еще одним атрибутом алюминия является то, что он парамагнитен, поэтому ему не нужно беспокоиться о статических магнитных полях. Однако следует отметить, что на него может сильно повлиять изменяющееся магнитное поле в результате индукции вихревых токов.

По сравнению с медью, алюминий имеет чуть более половины (61 процент, если быть точным) проводимость меди. На первый взгляд, это говорит о том, что медь – лучший вариант в качестве проводника, но это не учитывает тот факт, что алюминий составляет одну треть веса меди. Следовательно, если у вас есть два металлических провода, один медный, один алюминиевый, способных проводить одинаковое количество электричества, алюминиевый будет весить вдвое меньше. По этой причине алюминий также обычно дешевле.

В каких приложениях чаще всего используется алюминий в качестве проводника?

Алюминий настолько хорошо проводит электричество, что даже алюминиевую фольгу можно использовать в качестве проводника.Фольга имеет тенденцию быть слишком хрупкой для большинства промышленных применений, но это лишь демонстрирует преимущества этого материала.

Одно из самых известных и старых применений алюминия – это электрическая проволока. Большинство изолированных силовых кабелей в электроснабжении Америки изготовлено из алюминия из-за вышеупомянутого веса и стоимости. Медные кабели будут весить намного больше, чем алюминиевые, поэтому алюминий был обнаружен в электросетях страны еще в конце 1800-х годов.

Помимо воздушных силовых кабелей, алюминиевую проводку также можно найти в некоторых самолетах, домах, в электронных устройствах и приборах, таких как вентиляторы, лампы и многое другое.

Имея это в виду, при использовании проводов меньшего диаметра медь будет предпочтительнее алюминия. Это связано с тем, что у алюминиевой проводки есть один недостаток, о котором вы должны знать: он может быть чрезвычайно коррозионным в сочетании с другими металлами, а это означает, что вы не можете использовать, например, алюминиевый провод с медными проводниками. Поскольку медь использовалась во многих из первых электрических устройств, большая часть нашей инфраструктуры полагается на медь.Переход на алюминий был бы чрезмерно дорогим, и именно по этой причине алюминиевую проводку в течение многих десятилетий относили к воздушным силовым кабелям.

Однако в последнее время все больше и больше медных проводов заменяют алюминиевыми. Это означает, что для вас важно провести исследование и понять, как ваше приложение будет использоваться и каковы текущие требования к проводке (медная или алюминиевая).

Из чего сделаны алюминиевые электрические кабели?

Есть четыре основных типа алюминиевых силовых кабелей.Первый из них известен как полностью алюминиевый проводник (AAC) и состоит из алюминия класса электрических проводников. Этот алюминиевый сплав не очень прочен, и, хотя его проводимость составляет 61% от проводимости меди, он не очень часто встречается в линиях передачи. Вы найдете его в городских распределительных линиях, которые, как правило, имеют более короткие пролеты и более высокие требования к проводимости.

Далее идет проводник из полностью алюминиевого сплава (AAAC), который изготовлен из сплава 6201. Этот сплав обладает отличной прочностью, с проводимостью около 52%, чем у меди.Он часто используется для распределения и особенно полезен в прибрежных районах из-за его коррозионной стойкости.

Алюминиевый проводник, армированный сталью (ACSR), объединяет стальной сердечник со слоями проволоки из алюминиевого сплава 1350, намотанной вокруг него по спирали. Благодаря значительно увеличенной прочности, обеспечиваемой стальным сердечником, прогиб значительно меньше, что делает этот вид кабеля пригодным как для передачи, так и для распределения. Вы часто найдете его на переходах через реки и в других местах, где необходима более высокая прочность.

Наконец, алюминиевый проводник, армированный сплавом (ACAR), объединяет алюминий 1350, обернутый вокруг сердечника из алюминиевого сплава 6201. Это приводит к улучшенным электрическим и механическим свойствам по сравнению с ACSR, что делает его более надежным, хотя и более дорогим, чем у других кабелей. Его можно встретить как в воздушных линиях передачи, так и в распределительных линиях.

Ваш специалист по техническим услугам

Наша цель Clinton Aluminium – быть больше, чем просто поставщиком алюминия. Мы стремимся быть верными партнерами для наших клиентов.Это особенно важно при работе со сложными задачами, связанными с электропроводностью. Мы стремимся помочь вам на каждом этапе процесса закупок. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить помощь профессионалов по продажам, которые глубоко разбираются в различных типах алюминиевых сплавов и многих преимуществах, которые они предоставляют.

Электропроводность за период 3

Результаты обучения

Изучив эту страницу, вы сможете:

• описывает и объясняет, как электрическая проводимость изменяется в течение 3-го периода

Электропроводность

В таблице приведены значения электропроводности элементов от Na до Ar по отношению к алюминию.

Элемент	Символ	Атомный номер	Электропроводность
натрий	Na	11	0,55
магний	мг	12	0,61
алюминий	Al	13	1.00
кремний	Si	14	0,10
фосфор	P	15	0
сера	S	16	0
хлор	Класс	17	0
аргон	Ar	18	0

Вещества проводят электричество, если они содержат заряженные частицы, которые могут перемещаться с места на место при приложении разности потенциалов.

Таблица дает некоторую информацию о различных веществах.

Вещество	Банкноты
металл	поведение в твердом или жидком состоянии
ковалентные вещества	не проводят (исключение – графит)
ионные соединения	поведение в растворенном состоянии или в жидком состоянии

Описание тренда

На графике показано, как электрическая проводимость изменяется в течение периода 3.

На этом графике много чего происходит, поэтому часто бывает проще разделить его на три части. В таблице ниже дается краткое изложение этих разделов.

Элементы	Тип элемента	Тип конструкции	Описание
Na, Mg, Al	металл	металлик	электропроводность увеличивается от Na до Al
Si	металлоид	гигантский ковалентный	проводимость намного меньше, чем у Na, Mg и Al
P, S, Cl, Ar	неметаллический	простой молекулярный (Ar одноатомный)	не проводят электричество

Щелкнув значок загрузки, вы сможете загрузить график в виде файла изображения или файла PDF, сохранить его данные, аннотировать их и распечатать.Обратите внимание, что графики будут помечены водяными знаками.
×

Объяснение этой тенденции

Натрий, магний и алюминий

Натрий, магний и алюминий – все металлы. Они имеют металлическую связь, в которой ядра атомов металлов притягиваются к делокализованным электронам.

Переход от натрия к алюминию:

• количество делокализованных электронов увеличивается…
• есть больше электронов, которые могут перемещаться и переносить заряд через структуру…
• увеличивается электропроводность.

Кремний

Кремний имеет гигантскую ковалентную структуру. Это полупроводник, поэтому он не является хорошим проводником или хорошим изолятором.

Фосфор, сера, хлор и аргон

Остальные элементы периода 3 не проводят электричество. У них нет свободных электронов, которые могли бы перемещаться и переносить заряд с места на место.

Металлическую связь часто неправильно описывают как притяжение между положительными ионами металлов и делокализованными электронами.Однако металлы по-прежнему состоят из атомов, но внешние электроны не связаны с каким-либо конкретным атомом.

Подобным образом графит (неметалл) также имеет делокализованные электроны. Однако вы не понимаете, что он состоит из ионов углерода.

Гигантская структура решетки кремния подобна структуре решетки алмаза. Каждый атом кремния ковалентно связан с четырьмя другими атомами кремния в тетраэдрическом расположении.

Атомы в молекулах фосфора, серы и хлора удерживаются вместе ковалентными связями.

Почему металлы так хорошо проводят тепло и электричество?

Структура металлов

Структуры чистых металлов описать просто, поскольку атомы, образующие эти металлы, можно рассматривать как идентичные совершенные сферы. Более конкретно, металлическая структура состоит из «выровненных положительных ионов» (катионов) в «море» делокализованных электронов. Это означает, что электроны могут свободно перемещаться по структуре и обуславливают такие свойства, как проводимость.

Какие бывают виды облигаций?

Ковалентные облигации

Ковалентная связь – это связь, которая образуется, когда два атома разделяют электроны. Примерами соединений с ковалентными связями являются вода, сахар и диоксид углерода.

Ионные связи

Ионная связь – это полный перенос валентных электронов между металлом и неметаллом. Это приводит к тому, что два противоположно заряженных иона притягиваются друг к другу.В ионных связях металл теряет электроны, чтобы стать положительно заряженным катионом, тогда как неметалл принимает эти электроны, чтобы стать отрицательно заряженным анионом. Примером ионной связи может быть соль (NaCl).

Связки металлические

Металлическое соединение является результатом электростатической силы притяжения, которая возникает между электронами проводимости (в форме электронного облака делокализованных электронов) и положительно заряженными ионами металлов.Это можно описать как разделение свободных электронов между решеткой положительно заряженных ионов (катионов). Металлическое соединение определяет многие физические свойства металлов, такие как прочность, пластичность, термическое и электрическое сопротивление и проводимость, непрозрачность и блеск.

Делокализованные движущиеся электроны в металлах –

Это свободное движение электронов в металлах, которое придает им проводимость.

Электропроводность

Металлы содержат свободно движущиеся делокализованные электроны.При приложении электрического напряжения электрическое поле внутри металла вызывает движение электронов, заставляя их перемещаться от одного конца проводника к другому. Электроны будут двигаться в положительную сторону.

Электроны текут к положительному выводу

Теплопроводность

Металл хорошо проводит тепло.Проводимость возникает, когда вещество нагревается, частицы получают больше энергии и больше вибрируют. Затем эти молекулы сталкиваются с соседними частицами и передают им часть своей энергии. Затем это продолжается и передает энергию от горячего конца к более холодному концу вещества.

Почему металлы так хорошо проводят тепло?

Электроны в металле – это делокализованные электроны и свободно движущиеся электроны, поэтому, когда они набирают энергию (тепло), они вибрируют быстрее и могут перемещаться, это означает, что они могут быстрее передавать энергию.

Какие металлы проводят лучше всего?

Вверху: Электронные оболочки Золото (au), Серебро (Ag), Медь (Cu) и Цинк (Zn). По логике можно было бы подумать, что Золото – лучший проводник, имеющий единственный s-орбитальный электрон в последней оболочке (диаграмма выше)… так почему серебро и медь на самом деле лучше (см. таблицу ниже).

Электропроводность металлов	> С / м
Серебро	6,30 × 10 7
Медь	5,96 × 10 7
Золото	4.10 × 10 7
Алюминий	3,50 × 10 7
цинк	1,69 × 10 7

Серебро имеет больший атомный радиус (160 мкм), чем золото (135 мкм), несмотря на то, что у золота больше электронов, чем у серебра! Причину этого см. В комментарии ниже.

Примечание: Серебро – лучший проводник, чем золото, но золото более желательно, потому что оно не подвержено коррозии.(Медь является наиболее распространенной, потому что она наиболее рентабельна) Ответ немного сложен, и мы размещаем здесь один из лучших ответов, которые мы видели для тех, кто знаком с материалом.

“Серебро находится в середине переходных металлов примерно на 1/2 пути между благородными газами и щелочными металлами. В столбце 11 периодической таблицы все эти элементы (медь, серебро и золото) имеют единицу s – электрон внешней оболочки орбитального электрона (также платина, в столбце 10).

Орбитальная структура электронов этих элементов не имеет особого сродства приобретать или терять электрон по отношению к более тяжелым или легким благородным газам, потому что они находятся на полпути между ними. В общем, это означает, что не требуется много энергии, чтобы временно сбить электрон или добавить его. Удельное сродство к электрону и потенциалы ионизации варьируются, и в отношении проводимости наличие относительно низких энергий для этих двух критериев в некоторой степени важно.

Если бы это были единственные критерии, золото было бы лучшим проводником, чем серебро, но у золота есть дополнительные 14 f-орбитальных электронов под 10 d-орбитальными электронами и единственным s-орбитальным электроном. 14 f-электронов связаны с дополнительными атомами в ряду актинидов. С 14 дополнительными электронами, которые, по-видимому, выталкивают d- и s-электроны, можно подумать, что s-электрон просто «созрел» для проводимости (почти не требовалось энергии, чтобы оттолкнуть его), но НЕТ. Электроны на f-орбите упакованы таким образом, что это приводит к тому, что атомный радиус золота фактически МЕНЬШЕ, чем атомный радиус серебра – ненамного, но он меньше. Меньший радиус означает большую силу со стороны ядра на внешние электроны, поэтому серебро побеждает в «соревновании» по проводимости. Помните, сила электрического заряда обратно пропорциональна квадрату расстояния. Чем ближе 2 заряда вместе, тем выше сила между ними.

И медь, и платина имеют еще меньший диаметр; следовательно, большее притяжение от ядра, следовательно, больше энергии, чтобы сбить этот одинокий s-электрон, следовательно, более низкая проводимость.

Другие элементы с единственным s-орбитальным электроном, находящимся там, «созревшим для того, чтобы появился сборщик проводимости», также имеют меньшие атомные радиусы (молибден, ниобий, хром, рутений, родий), чем серебро.

Итак, именно то место, где оно находится, то место, где «мать-природа» поместила серебро в периодической таблице, определяет его превосходную проводимость ».

Источник из tlbs101 Yahoo

ВЫБОР ИСТОЧНИКОВ И ЧИТАТЕЛЕЙ –

Структура и физические свойства металлов

Почему одни металлы проводят тепло лучше, чем другие?

Как передается тепло?

Теплопроводность металлов

FAQ: Преимущества медных и алюминиевых проводников

Алюминий широко доступен и представляет собой более дешевую альтернативу меди для проводников.Спрос на медь непостоянен, и цена значительно колеблется, тогда как цена на алюминий намного более стабильна. Хотя алюминиевый проводник только на 61% проводит меньше, чем медный провод такого же размера, он также в три раза легче по весу, что значительно упрощает обращение с ним. По этой причине алюминий находит предпочтение в кабелях большого размера и кабелях для воздушных линий электропередачи.

Разница в проводимости означает, что необходимо использовать алюминиевый провод гораздо большего размера, чтобы соответствовать проводимости эквивалентного медного проводника.Использование проводника большего размера имеет дополнительный эффект, заключающийся в том, что требуется большее количество изоляционного материала для надлежащего покрытия проводника, а дополнительный размер поперечного сечения кабеля может быть ограничивающим в некоторых приложениях.

Другие различия между ними включают прочность на разрыв – медь примерно в два раза превышает прочность на разрыв, чем алюминий, но стоит отметить, что, учитывая, что эквивалентный алюминиевый проводник больше и легче, он часто не требует такой же степени прочности на разрыв.Медь более теплопроводна, чем алюминий, но опять же, если учесть большие размеры проводников, различия уменьшаются. Чем лучше теплопроводность, тем лучше характеристики проводника при коротком замыкании.

В некоторых случаях могут использоваться алюминиевые проводники с медным покрытием, состоящие из алюминиевого сердечника с толстой медной оболочкой, прикрепленной к алюминию. Хотя этот тип проводов не получил широкого распространения, он сочетает в себе преимущества более легкого алюминия с более проводящей медью.Однако пластичность – это пластичность алюминия, а не улучшенные характеристики меди. Этот тип проводника нашел некоторое преимущество в использовании коаксиальных кабелей в качестве легкого центрального проводника. Более легкий провод позволяет использовать диэлектрический материал с меньшей плотностью для лучшего затухания.

Вернуться к часто задаваемым вопросам

Будет ли она вести себя? – Мероприятие

(1 Рейтинг)

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 4 (3-5)

Требуемое время: 45 минут

Расходные материалы на группу: 4 доллара США.50

Размер группы: 4

Зависимость действий: Нет

Associated Sprinkle: Будет ли проводиться? (для неформального обучения)

Тематические области: Алгебра, физические науки

Ожидаемые характеристики NGSS:

---

Поделиться:

Резюме

Занимаясь научной и инженерной практикой проведения наблюдений и измерений для получения данных, учащиеся понимают явление электричества.Применяя основную дисциплинарную идею измерения, студенты создают свой собственный простой тестер проводимости и исследуют, являются ли твердые материалы и растворы жидкости хорошими проводниками электричества. Изучая явление электричества, студенты также применяют сквозную концепцию стандартных единиц. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Инженеры-электрики и компьютерщики проектируют печатные платы, которые служат «мозгом» компьютеров, игрушек, автомобилей, самолетов и приборов, которые мы используем каждый день.Инженеры хорошо разбираются в том, какие материалы и решения являются лучшими проводниками и изоляторами, и при проектировании подбирают свойства и характеристики материала в зависимости от ситуации. Благодаря соответствующему выбору материалов для микрочипов и деталей инженеры конструируют устройства и устройства, на которые мы полагаемся каждый день.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

• Предскажите, может ли объект проводить электричество.
• Создайте тестер проводимости, чтобы определить, верен ли их прогноз.
• Сравните и упорядочите предметы и материалы по их относительной способности проводить электричество.
• Понимать, что инженеры должны надлежащим образом выбирать материалы для микрочипов и деталей, чтобы проектировать устройства и устройства, на которые мы полагаемся каждый день

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются Сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения – наука

Ожидаемые характеристики NGSS
5-ПС1-3. Выполняйте наблюдения и измерения для определения материалов на основе их свойств.(5 класс) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов
В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Сквозные концепции
Проведите наблюдения и измерения, чтобы получить данные, которые послужат основой для доказательства объяснения явления. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Для идентификации материалов можно использовать измерения различных свойств. (Граница: на этом уровне не различаются масса и вес, и не предпринимается никаких попыток определить невидимые частицы или объяснить атомный механизм испарения и конденсации.) Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!	Стандартные единицы используются для измерения и описания физических величин, таких как вес, время, температура и объем. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Государственные стандарты Common Core – математика

• Нарисуйте масштабированный графический график и масштабированную гистограмму, чтобы представить набор данных с несколькими категориями. Решайте одно- и двухэтапные задачи «на сколько больше» и «на сколько меньше», используя информацию, представленную в виде масштабированных гистограмм.(Оценка 3) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Представляйте и интерпретируйте данные.(Оценка 4) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Используйте расстановку знаков после запятой для округления десятичных дробей в любом месте.(Оценка 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – Технология

ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе необходимо:

• 4 широкие резинки
• 2 или 3 батареи типа D
• 1 лампочка # 40 (продается в большинстве хозяйственных магазинов)
• 1 патрон лампы № 40 (продается в большинстве хозяйственных магазинов)
• 2.Изолированный провод длиной 5 футов (76 см) (калибр 22 AWG) (доступен в большинстве хозяйственных магазинов)
• Полоска алюминиевой фольги шириной 2 дюйма (5 см) (ширина коробки должна быть достаточной)
• 4 Будет ли он вести себя? Задания
• Рабочие листы по 4 элементарной проводимости по математике (для классов 4 и 5)

На долю всего класса:

• Набор твердых объектов для испытаний: гвозди или шурупы (из различных металлов), стеклянная палочка для перемешивания, деревянный дюбель, картон, резиновая резинка, резиновая подошва для обуви, пластиковая посуда, старая металлическая посуда, латунный ключ, пробка, медная проволока, мел. , алюминиевая фольга, графит (от механического карандаша), пластиковая ручка, перья, пенополистирол и др.
• Набор тестовых растворов, включая: водопроводную воду, соленую воду (с использованием дистиллированной воды), сахарную воду (с использованием дистиллированной воды), пищевую соду и воду (с использованием дистиллированной воды), лимонную кислоту, уксус, Gatorade или спортивный напиток
• Набор тестовых растворов: водопроводная вода с несколькими из следующих компонентов трех концентраций: соль, сахар, пищевая сода, лимонная кислота, уксус, нашатырный спирт; или напиток Pedialyte, Gatorade или спортивный напиток
• Стеклянные стаканы или пластиковые стаканчики для каждого тестового раствора
• Малярная лента
• Вода дистиллированная
• Водопроводная вода
• Маркер (для маркировки растворов)
• Щипцы для зачистки проводов или наждачная бумага (для удаления изоляции на концах проводов)

Примечание. Многие материалы, необходимые для этой лаборатории, можно повторно использовать в других сферах деятельности, связанных с электричеством.Когда батареи со временем изнашиваются, утилизируйте их на свалке с опасными отходами.

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_electricity_lesson04_activity1], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной программы

Введение / Мотивация

Перед тем, как начать упражнение, вы можете напомнить студентам, что текущее электричество – это движение электронов от атома к атому.Вы также можете проверить, что электроны несут отрицательный электрический заряд.

Для начала спросите студентов, знают ли они, откуда мы получаем электричество? (Возможные ответы: розетка в стене, электростанция, от ископаемого топлива.) Объясните ученикам, что в настоящее время электричество, которое мы используем в школах, на предприятиях и в домах, поступает от электростанции. Электростанция отправляет электроэнергию на подстанции, которые расположены в микрорайонах. Подстанции отправляют электроэнергию в местные предприятия и дома.

Затем спросите учащихся, знают ли они, как текущая электроэнергия может передаваться с электростанции на подстанции и, наконец, на предприятия и дома? (Ответ: через электрические провода.) Теперь спросите студентов, знают ли они, из какого материала сделаны эти провода? (Ответ: медь.) Покажите классу несколько пенсов и объясните, что провода, соединяющие электростанцию, подстанцию, а затем и предприятия и дома, сделаны из меди … как пенни! Сообщите учащимся, что мы используем медь для электрических проводов, потому что электричество может легко проходить через медь.Объясните: текущее электричество легче протекает через одни объекты, чем через другие. Материалы, через которые могут двигаться электроны, называются проводниками . Большинство металлов являются хорошими проводниками, потому что электроны слабо прикреплены к атомам. В этом случае накопление отрицательного заряда может протолкнуть эти электроны через материал. Теперь спросите студентов, могут ли только твердые тела проводить электричество? (Ответ: Нет. Растворы электролитов также могут проводить электричество.) Объясните: когда определенные твердые вещества растворяются в жидкости, полученный раствор может проводить электричество; мы называем эти растворы растворами электролитов .

Спросите студентов, знают ли они, что мы называем материалами, которые не позволяют электронам проходить через них? (Ответ: Изоляторы.) В изоляторе электроны плотно прикреплены к атомам в материале, и их нельзя заставить перемещаться от одного атома к другому, поэтому электричество не течет. Некоторые хорошие примеры изоляторов включают пластик, ткань, воздух, камень и стекло. Объясните, что они узнают больше о проводниках и изоляторах во время занятия.

Наконец, расскажите студентам, что инженеры-электрики также используют медные провода в качестве проводников электричества при проектировании электронных плат (см. Рис. 1).Медные провода на печатной плате называются дорожками и закреплены на изолированной пластиковой плате (часто зеленого цвета), называемой подложкой . Медные дорожки тщательно наносятся на печатную плату инженерами-электриками, подключающими электрические компоненты (такие как резисторы, конденсаторы и микрочипы) на печатной плате и обеспечивающие электричеством эти компоненты.

Рис. 1. Инженеры проектируют компоненты компьютера, используя преимущества различных электрических свойств материалов.авторское право

Copyright © Microsoft Corporation, 1983-2001.

Процедура

Фон – твердые тела

Металлы – хорошие проводники. Пластмассы, изделия из дерева, керамика и стекло – изоляторы. Графит от карандаша проводит, но имеет более высокое сопротивление, чем металлы. Графит, как и кремний, является полупроводником; он имеет промежуточные электрические свойства между изоляторами и проводниками.Таким образом, в процессе работы, в зависимости от длины графита, лампочка может быть значительно тусклее, чем при использовании металлического предмета.

Сопротивление объекта зависит не только от его состава, но и от его длины, площади поперечного сечения и температуры. Например, длинный кусок меди имеет более высокое сопротивление, чем короткий кусок меди того же диаметра. Кусок меди длиной 1 м и диаметром 2 см имеет более высокое сопротивление, чем кусок меди длиной 1 м и диаметром 3 см.Если температура куска меди повышается, увеличивается и ее сопротивление.

Инженеры определяют наиболее эффективные способы использования материалов для данной цели. Когда инженер проектирует объект с определенным сопротивлением, он должен учитывать, насколько дорог этот материал, как форма объекта повлияет на его сопротивление и в каких диапазонах температур он будет подвергаться воздействию. Например, инженер может использовать более дорогой материал для изготовления небольшого критического элемента схемы и более дешевый материал для изготовления элементов схемы большего размера.

Предпосылки – жидкости и растворы

Именно присутствие в растворе ионов позволяет ему проводить электричество. Положительные ионы перемещаются к отрицательному электроду, а отрицательные ионы перемещаются к положительному электроду. Электропроводность раствора пропорциональна концентрации ионов в растворе. Следовательно, растворы с низкой концентрацией ионов слабо проводят электричество; в таких случаях во время активности лампочка тестера проводимости может не загораться или тускло светиться.

Лампочка не загорается, когда электроды помещены в дистиллированную воду. Однако в цепи может быть очень небольшой ток из-за присутствия в воде ионов H ⁺ (ионы водорода) и OH ^– (гидроксид). Эти ионы образуются при спонтанной диссоциации молекул воды. Эти ионы также спонтанно рекомбинируют с образованием молекул воды. Поскольку только несколько молекул воды диссоциируют за определенное время, ионы составляют очень небольшую часть частиц в дистиллированной воде.Следовательно, дистиллированная вода – очень плохой проводник. С другой стороны, водопроводная вода может быть хорошим проводником электричества из-за наличия множества различных ионов, таких как Ca ²⁺ , Na ⁺ , Li ⁺ , Cl ^– и т. Д. из-за низкого напряжения, используемого в этой деятельности, водопроводная вода может не проводить электричество.

При добавлении ионного твердого вещества или соли к дистиллированной воде образуется раствор, проводящий электричество. Когда твердое ионное вещество, такое как поваренная соль NaCl, добавляется к воде, оно диссоциирует – распадается на ионы с противоположным зарядом – на Na ⁺ и Cl ^– .Соли – сильные электролиты – они полностью диссоциируют. Увеличение количества соли в растворе увеличивает проводимость раствора.

Кислоты и основания также распадаются с образованием ионов при растворении в воде. Следовательно, раствор кислоты или основания проводит электричество. Сильные кислоты, такие как серная кислота или соляная кислота, и сильные основания, такие как гидроксид натрия или гидроксид калия, являются сильными электролитами, потому что, когда они растворяются в воде, почти каждая молекула диссоциирует с образованием ионов.С другой стороны, слабые электролиты, такие как слабые кислоты и слабые основания, при растворении в воде производят относительно мало ионов. Лимонная кислота и уксусная кислота (в уксусе) – слабые кислоты. Пищевая сода и нашатырный спирт – слабые основания. Когда слабые электролиты растворяются в воде, раствор является плохим проводником. Увеличение концентрации слабого электролита в растворе увеличивает проводимость раствора. Увеличение количества кислоты или основания в растворе увеличивает проводимость раствора, позволяя заряду перемещаться по цепи и зажигать лампочку.

Материалы, растворяющиеся в воде без образования ионов, не являются электролитами. Сахар, этанол и керосин не являются электролитами. Неэлектролиты образуют растворы, которые не проводят электричество при растворении в воде.

Перед мероприятием

1. Соберите набор твердых предметов для учеников, чтобы они могли использовать их в качестве проводников или изоляторов (примеры см. В Списке материалов).
2. Приготовьте решения для тестирования учащимися. Смешайте дистиллированную воду и одну столовую ложку (14.8 мл) одного из предложенных ингредиентов (X) (соль, сахар, пищевая сода, лимонная кислота, уксус или аммиак) в контейнерах с разными этикетками.
3. Налейте в емкость одну чашку дистиллированной воды и промаркируйте ее. Налейте одну чашку водопроводной воды в другую и промаркируйте ее. Налейте в чашку одну чашку спортивного напитка и промаркируйте ее.

4. Отрежьте четыре куска проволоки диаметром 3 дюйма (7,6 см) и два куска проволоки диаметром 9 дюймов (23 см) для каждой группы.
5. Распечатайте рабочие листы (Рабочий лист и Рабочий лист по элементарной проводимости), по одному на каждого учащегося.

Со студентами

1. С помощью приспособлений для зачистки проводов или наждачной бумаги снимите 1/2 дюйма (1,3 см) изоляции с концов каждого куска провода, чтобы обеспечить надежное соединение.
2. Приклейте один конец короткого провода к положительному выводу аккумуляторной батареи D-типа липкой лентой. Другой конец короткого провода подсоедините к одному выводу патрона лампочки. Чтобы соединение было надежным, оберните провод вокруг винта на клемме держателя лампы U-образной формы. Подключите длинный кусок провода к отрицательной клемме батареи D-cell с помощью клейкой ленты.Подсоедините второй кусок длинного провода к открытой клемме патрона лампы.
3. Проверьте свою схему, соединив свободные концы провода вместе. Что случается? (Ответ: электрическая цепь замкнута и лампочка горит.) Если лампочка не горит, проверьте все соединения и повторите попытку. Теперь оставьте цепь разомкнутой. Мы будем использовать эту схему в качестве тестера проводимости.
4. Используйте схему в качестве измерителя проводимости твердых предметов. Получите у учителя материалы для тестирования. Предскажите, будет ли каждый предмет проводить электричество.Затем прикоснитесь концами двух проводов к тестируемому объекту, чтобы проверить, замкнута ли цепь. Как узнать, является ли предмет проводником или изолятором? (Ответ: если объект является проводником, лампочка загорится. Если объект является изолятором, лампочка не загорится.)

Рис. 1. Схема действия – тестер электропроводности для твердых тел. Авторское право

Авторские права © Джо Фридрихсен, Программа и лаборатория ITL, Университет Колорадо в Боулдере, 2003.

5. Предскажите, какие объекты, по вашему мнению, будут проводить электричество.Запишите свои прогнозы на сайте Will It Conduct? Рабочий лист.
6. Используйте тестер цепей, чтобы определить, является ли каждый объект проводником или изолятором. Запишите результаты теста в рабочий лист.
7. Сделайте тестер проводимости для жидкостей: модифицируйте тестер проводимости, добавив последовательно одну или две батареи (см. Рисунок 3). Используйте короткие отрезки провода для последовательного соединения батарей.
8. Осторожно оберните алюминиевой фольгой концы двух проводов с открытым концом, чтобы получился электрод.(Примечание: установка из фольги на Рисунке 3 отсутствует.) Сделайте каждый электрод длиной 2,5 см и шириной дюйма (6 мм).
9. Проверьте свою схему. Соедините кусочки фольги вместе, чтобы замкнуть цепь. Что случается? (Ответ: Когда вы соприкасаетесь фольговыми электродами вместе, лампочка загорается, потому что цепь замкнута.)
10. Предскажите, какие жидкости будут проводить электричество, записав свои прогнозы на листе. Как узнать, проводит ли жидкость электричество? (Ответ: если жидкость проводит электричество, лампочка загорится.)
11. Используйте схему в качестве измерителя проводимости жидкостей. Проверьте каждую жидкость, погрузив электроды в раствор и удерживая электроды близко , не касаясь друг друга . Будьте осторожны, держите провод только там, где он изолирован. Наденьте новые электродные полоски из алюминиевой фольги для каждого теста.

Рис. 2. Настройка действия: тестер электропроводности для жидкостей и растворов. Авторское право

Авторские права © Джо Фридрихсен, Программа и лаборатория ITL, Университет Колорадо в Боулдере, 2003.

12. Запишите результаты теста в рабочий лист. Чем ваши результаты отличались от ваших прогнозов?
13. Ответьте на все оставшиеся вопросы по программе Will It Conduct? Рабочий лист.
14. Заполните Рабочий лист по элементарной проводимости.

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Вопрос для обсуждения: Запрашивайте, объединяйте и обобщайте ответы студентов:

• Спросите студентов, могут ли только твердые тела проводить электричество? (Ответ: Нет.Раствор электролита также может проводить электричество.)

Прогноз: Попросите учащихся предсказать результат действия до того, как оно будет выполнено.

• Положите пенни, стакан воды из-под крана и лист бумаги на стол и попросите учащихся предсказать, какие из них будут проводить электричество лучше и хуже. (Ответ: Только пенни будет хорошо проводить электричество.)

Встроенная оценка деятельности

Рабочий лист: Попросите учащихся использовать во время задания «Будет ли это поведение?». Рабочий лист для записи своих наблюдений и ответов на вопросы.

Оценка после деятельности

Анализ прогнозов: Попросите учащихся сравнить свои первоначальные прогнозы с результатами тестов, записанными на рабочих листах. Попросите студентов объяснить, почему одни решения проводят электричество, а другие нет.

Внутри-внешний круг: Предложите ученикам сформировать два концентрических круга (внутренний-внешний круг), чтобы у каждого ученика был партнер, обращенный к ним из другого круга. Внешний круг обращен внутрь, а внутренний круг обращен наружу.При необходимости могут работать вместе три человека. Задайте студентам вопрос (см. Ниже). Попросите партнеров посоветоваться друг с другом, чтобы обсудить ответ. Если они не могут прийти к единому мнению, они могут посоветоваться с другой парой. Призывайте к ответам внутренний или внешний круг или весь класс в целом. Повторяйте, пока не дадите правильный ответ на все вопросы. Вопросы:

• Почему инженеры используют в схемах токопроводящие материалы? (Ответ: Инженеры используют проводники для создания частей цепи, в которых будет протекать электрический ток.)
• Инженер должен выбирать между изготовлением проволоки из меди или серебра. Какой материал вы порекомендуете им выбрать? Почему? (Ответ: Медь дешевле серебра.)
• Какие типы материалов являются хорошими проводниками? (Ответ: Любые металлы.)
• Некоторые металлы проводят лучше, чем другие? Почему? (Ответ: Да, проводимость зависит от количества валентных электронов (находящихся во внешней оболочке, доступных для перемещения). Для практических приложений плотность играет важную роль, и поэтому линии электропередач обычно изготавливаются из алюминия, а не из меди ( менее проводящий материал, но намного легче, поэтому, даже если он толще, алюминий будет легче при той же проводимости.)
• Как узнать, проводит ли жидкость электричество? (Ответ: Если жидкость проводит электричество, цепь замыкается и загорается лампочка.)
• Какие три дирижера были лучшими в этом мероприятии? (Ответ: может отличаться в зависимости от предоставленных материалов.)
• Какой твердый проводник был лучшим в работе? (Ответ: Будет отличаться.)
• Какой жидкий проводник был лучшим в работе? (Ответ: Будет отличаться.)

Вопросы безопасности

• Попросите учеников быть особенно осторожными при зачистке провода, чтобы не порезать себя или других учеников.
• Попросите учащихся не держать пальцами изолированный провод на батарее D-элемента в течение длительного времени, потому что оголенные концы провода нагреваются, когда их держат за клеммы батареи.

Советы по устранению неполадок

Напомните учащимся, что необходимо заменять электроды из алюминиевой фольги каждый раз, когда они проверяют другой раствор, поскольку электроды могут быть загрязнены предыдущим раствором.

Студенты должны быть осторожны, держа электроды из фольги немного раздвинутыми, когда их помещают в жидкость; они получат ложное срабатывание, если два электрода соприкоснутся.

Расширения деятельности

Выберите один проводящий материал для проверки с помощью тестера проводимости. Берут образцы материала разной длины и сечения. Попросите учащихся использовать тестер проводимости, чтобы показать, что сопротивление увеличивается с увеличением длины и уменьшается с увеличением площади поперечного сечения.

Иметь студенческие исследования кислот и оснований. Какие бывают распространенные кислоты и основания и как они используются?

Предложите студентам провести исследования по использованию различных материалов в электрических цепях: меди, золота, алюминия, бумаги, пластика и т. Д.

Масштабирование активности

• Для младших классов попросите учащихся измерить проводимость по яркости лампы. Они должны поместить каждый объект в категорию в соответствии с интенсивностью света, производимого лампочкой, когда они тестировали объект: яркий, тусклый, ничего.

использованная литература

Experiments in Electrochemistry, Fun Science Gallery, по состоянию на март 2004 г. Ранее доступно по адресу: http://www.funsci.com/fun3_en/electro/electro.htm

Where Electricity Comes From, Южная Калифорния, Эдисон, по состоянию на март 2004 г .: http://www.sce.com/

Visualizing Electron Orbitals, Государственный университет Джорджии, по состоянию на август 2013 г .: http: // hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/chemical/eleorb.html

авторское право

© 2004 Регенты Университета Колорадо.

Авторы

Ксочитл Замора Томпсон; Сабер Дурен; Джо Фридрихсен; Дарья Котыс-Шварц; Малинда Шефер Зарске; Дениз Карлсон

Программа поддержки

Интегрированная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано при гранте Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U.S. Министерство образования и Национальный научный фонд ГК-12, грант No. 0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 3 декабря 2021 г.

.