Jaký je odpor mědi?

Jednotkou měrného odporu v Mezinárodní soustavě jednotek (SI) je Ohm m [1]. Ze vztahu ρ = R ⋅ S l >> vyplývá, že jednotka měření měrného odporu v soustavě SI je rovna měrnému odporu látky, při které je homogenní vodič o délce 1 m s plochou průřezu 1 m², vyrobený z této látky, má odpor rovný 1 Ohm [2]. V souladu s tím je měrný odpor libovolné látky, vyjádřený v jednotkách SI, číselně rovna odporu části elektrického obvodu vyrobeného z dané látky o délce 1 m a ploše průřezu 1 m². V technologii se také používá zastaralá nesystémová jednotka Ohm mm²/m, která se rovná 10 −6 z 1 Ohm m [1]. Tato jednotka se rovná měrnému odporu látky, při které homogenní vodič o délce 1 m s plochou průřezu 1 mm², vyrobený z této látky, má odpor rovný 1 Ohm [2]. V souladu s tím je měrný odpor látky vyjádřený v těchto jednotkách číselně rovna odporu části elektrického obvodu vyrobeného z této látky o délce 1 m a ploše průřezu 1 mm².

Závislost na teplotě [upravit | upravit kód]

U vodičů se elektrický odpor zvyšuje s rostoucí teplotou. Vysvětluje se to tím, že s rostoucí teplotou roste intenzita vibrací atomů v uzlech krystalové mřížky vodiče, což brání pohybu volných elektronů [3]. U polovodičů a dielektrik se elektrický odpor snižuje. To se vysvětluje tím, že se zvyšující se teplotou se zvyšuje koncentrace hlavních nosičů náboje. Hodnota, která zohledňuje změnu elektrického měrného odporu s teplotou, se nazývá teplotní koeficient měrného odporu.

Zobecnění konceptu měrného odporu [editovat | upravit kód]

Kus odporového materiálu s elektrickými kontakty na obou koncích

Odpor lze také určit pro nestejnorodý materiál, jehož vlastnosti se bod od bodu liší. V tomto případě se nejedná o konstantu, ale o skalární funkci souřadnic – koeficient spojující intenzitu elektrického pole E → ( r → ) >(>)> a proudovou hustotu J → ( r → ) >(>)> v daném bodě r → > . Tento vztah vyjadřuje Ohmův zákon v diferenciálním tvaru: E → ( r → ) = ρ ( r → ) J → ( r → ) . >(>)=rho (>)>(>).> Tento vzorec platí pro nehomogenní, ale izotropní látku. Látka může být také anizotropní (většina krystalů, magnetizované plazma atd.), to znamená, že její vlastnosti mohou záviset na směru. V tomto případě je měrný odpor koordinačně závislým tenzorem druhého řádu, který obsahuje devět složek ρ ij > . V anizotropní látce nejsou vektory proudové hustoty a intenzity elektrického pole v každém daném bodě látky spoluřízeny; souvislost mezi nimi je vyjádřena vztahem E i ( r → ) = ∑ j = 1 3 ρ ij ( r → ) J j ( r → ) . (>)=součet _^rho _(>)J_(>).> V anizotropní, ale homogenní látce nezávisí tenzor ρ ij > na souřadnicích. Tenzor ρ ij > symetrický, tedy pro libovolné i a j platí ρ ij = ρ ji =rho _>. Jako pro každý symetrický tenzor si pro ρ ij > můžete zvolit ortogonální systém kartézských souřadnic, ve kterém se matice ρ ij > stane úhlopříčka, to znamená, že nabývá tvaru, ve kterém z devíti složek ρ ij > jsou pouze tři nenulové: ρ 11 > , ρ 22 > a ρ 33 > . V tomto případě, označíme-li ρ ii > jako ρ i >, získáme místo předchozího vzorce jednodušší E i = ρ i J i . =rho_J_.> Volají se veličiny ρ i > hlavní hodnoty odporový tenzor.

Spojení s vodivostí [upravit | upravit kód]

V izotropních materiálech je vztah mezi měrným odporem ρ a vodivostí σ vyjádřen rovností ρ = 1 σ. >.> V případě anizotropních materiálů je vztah mezi složkami tenzoru odporu ρ ij > a tenzoru vodivosti σ ij > složitější. Ohmův zákon v diferenciální formě pro anizotropní materiály má skutečně tvar: J i ( r → ) = ∑ j = 1 3 σ ij ( r → ) E j ( r → ) . (>)=součet _^sigma _(>)E_(>).> Z této rovnosti a dříve uvedeného vztahu pro E i ( r → ) (>)> vyplývá, že tenzor odporu je inverzní tenzor vodivosti . Vezmeme-li toto v úvahu, pro složky tenzoru měrného odporu platí: ρ 11 = 1 det ( σ ) [ σ 22 σ 33 − σ 23 σ 32 ], = >[sigma _sigma _-sigma _sigma _],> ρ 12 = 1 det ( σ ) [ σ 33 σ 12 − σ 13 σ 32 ], = >[sigma _sigma _-sigma _sigma _],> kde det ( σ ) je determinant matice složené ze složek tenzoru σ ij > . Zbývající složky tenzoru měrného odporu jsou získány z výše uvedených rovnic jako výsledek cyklického přeskupování indexů 1, 2 и 3 [4].

Elektrický odpor některých látek [editovat | upravit kód]

Kovové monokrystaly [upravit | upravit kód]

V tabulce jsou uvedeny hlavní hodnoty tenzoru měrného odporu monokrystalů při teplotě 20 °C [5].

Kovy a slitiny používané v elektrotechnice [editovat | upravit kód]

Šíření hodnot je způsobeno různou chemickou čistotou kovů, metodami přípravy vzorků studovanými různými vědci a variabilitou složení slitin.

Čistá měď je na druhém místě v elektrické vodivosti po stříbře, které má nejvyšší vodivost ze všech známých vodičů. Vysoká vodivost a odolnost proti atmosférické korozi v kombinaci s vysokou tažností dělají z mědi hlavní materiál pro vodiče – dráty a přípojnice.

Měď je kov, který má jedinečnou kombinaci různých vlastností: vynikající odolnost proti korozi, vysoký stupeň tažnosti, atraktivní barvu a texturu, vysokou tepelnou vodivost a dobrou elektrickou vodivost. Po očištění od nečistot získává měď při rozbití narůžovělou barvu, stává se měkkou a tvárnou. Odstraněním nečistot se výrazně zvyšuje tepelná a elektrická vodivost, proto se nejvíce vyrobená měď používá při výrobě elektrotechnických výrobků.

Čistá měď je kujný a měkký kov, dosti těžký, výborný vodič tepla a elektřiny a dá se snadno zpracovat tlakem. Právě tyto vlastnosti umožňují použití měděných výrobků v elektrotechnice. Více než 70 % veškeré vyrobené mědi jde do elektrických výrobků. Kabely, elektrické přípojnice, vinutí transformátorů a další elektrické výrobky jsou vyrobeny z různých typů mědi.

Ve většině případů se pro elektrotechnické potřeby používá tzv. technicky čistá měď obsahující asi 0,02-0,04 % kyslíku, ale pro výrobky vyžadující maximální elektrickou vodivost se používá speciální měď „bez kyslíku“.

Hlavní vlastnosti mědi:

• Specifická hmotnost rovna 8,93 g/cm3;
• Vodivost: Zodpovídá za přenos proudu z jednoho bodu do druhého. Čím vyšší je vodivost kovu, tím lépe přenáší elektřinu. Při +20 stupních je vodivost mědi 59,5 milionů siemens na metr (S/m);
• Elektrický odpor, specifický při 20 °C, rovný 0,0167 Ohm x mm 2 /m;
• Teplota tání 1083 °C.

Různé elektrotechnické výrobky: kabelová jádra a dráty, elektrické přípojnice a vinutí transformátorů jsou vyrobeny z různých druhů mědi.

Způsoby výroby elektrické mědi

Elektrická měď je extrémně čistý kov, protože jakákoliv nečistota prudce snižuje elektrickou vodivost.

• Takže pouhých 0,02% hliníkové nečistoty, i když je to také vodič, povede ke snížení vodivosti o 9-10%, ale co můžeme říci o nečistotách, které nejsou vůbec vodiči, takže technologické vady jsou zde prostě nepřijatelné .
• v přítomnosti 0,1 % fosforu se odpor zvýší o 55 %, proto se vodivost snižuje jako převrácená hodnota odporu;
• pokud je v mědi vizmut nebo olovo v množství větším než 0,001 %, pak to způsobuje červenou křehkost (praskání během tepelného zpracování);
• Kyslík v mědi ztěžuje pájení a zvyšuje odpor. Aby se tomu zabránilo, zavádí se přísada fosforu;
• vodík – tvoří mikrotrhliny a zvyšuje křehkost.

Je-li přítomno více nečistot, dochází k situacím, kdy se vzájemně ovlivňují a jejich vliv se výrazně zvyšuje.

Pro použití mědi k přenosu elektřiny má přítomnost nečistot pouze negativní vliv.

K získání dostatečně čisté elektrické mědi se používá metoda nazývaná elektrorafinace, založená na elektrolýze. Vznikají podmínky, za kterých se oddělují nečistoty od molekul mědi usazených na jedné z elektrod, výsledkem čehož je elektrolytická měď o čistotě 99,999 %, nezbytná pro elektrické potřeby.

Další významnou oblastí je výroba slitin na bázi nebo s přídavkem mědi. Je pozoruhodné, že spíše měkká měď s mnoha dalšími kovy tvoří ne měkké, ale tvrdé slitiny – roztoky, ve kterých jsou atomy různých kovů rozděleny relativně rovnoměrně.

Přidání malého množství arsenu do červené mědi, produktu rafinace ohněm, výrazně zvyšuje její pevnost, ale zhoršuje její svařitelnost.

Slitiny mědi používané v elektrotechnice

Mosaz — Slitiny mědi a zinku jsou široce používány v elektrotechnice. Mosaz se používá pro pružinové kontakty a konektory.

V různých značkách mosazi může obsah zinku dosahovat až 43 %. Mosaz obsahující až 39 % zinku má jednofázovou strukturu pevného roztoku a nazývá se a-mosaz. Tyto mosazi mají největší tažnost, proto se z nich vyrábějí díly válcováním za tepla nebo za studena a tažením: plechy, pásy, drát. Bez ohřevu lze z mosazného plechu pomocí hlubokého tažení a lisování vyrábět díly složitých konfigurací.

Mosazi s obsahem zinku nad 39 % se nazývají a+b-mosaz nebo dvoufázové a používají se především na tvarové odlitky.

Dvoufázová mosaz je tvrdší a křehčí a lze ji lisovat pouze za tepla.

Přídavek cínu, niklu a manganu do mosazi zvyšuje mechanické vlastnosti a antikorozní odolnost a přídavek hliníku ve složení se železem, niklem a manganem dodává mosazi kromě zlepšení mechanických vlastností a odolnosti proti korozi vysokou tvrdost. . Přítomnost hliníku v mosazích však ztěžuje pájení a pájení měkkými pájkami se stává téměř nemožným.

· mosaz třídy L68 a L63 Díky vysoké tažnosti se snadno lisují a lze je snadno pájet všemi druhy pájek. V elektrotechnice jsou široce používány pro různé živé části;

· mosaz jakosti LS59-1 a LMTs58-2 používá se pro výrobu rotorových (veverkových) klecí elektromotorů a pro díly pod proudem vyrobené řezáním a lisováním za tepla; dobře pájené různými pájkami;

· mosaz LA67-2,5 používá se pro odlévané díly pod proudem se zvýšenou mechanickou pevností a tvrdostí, které nevyžadují pájení měkkými pájkami;

· mosaz LK80-3L a LS59-1L široce používané pro lité části elektrických zařízení pod proudem, pro držáky kartáčů a pro odlévání rotorů asynchronních motorů. Dobře přijímají pájení různými pájkami.

Bronz vodivý – odkazují na slitiny mědi, jejichž nutnost použití je způsobena především nedostatečnou mechanickou pevností a tepelnou stabilitou čisté mědi v některých případech Slitiny mědi s cínem, hliníkem, křemíkem a olovem. Obecný sortiment bronzů je velmi rozsáhlý, ale pouze několik značek bronzu má vysokou elektrickou vodivost.

· kadmiový bronz odkazuje na nejběžnější vodičové bronzy. Kadmium bronz má ze všech druhů nejvyšší elektrickou vodivost. Díky své zvýšené otěruvzdornosti a vyšší tepelné odolnosti je tento bronz široce používán pro výrobu trolejových drátů a kolektorových desek;

· beryliový bronz se týká slitin, které získávají pevnost v důsledku stárnutí. Má vysoké elastické vlastnosti, stabilní při zahřátí na 250 °C a elektrickou vodivost 2-2,5krát větší než vodivost jiných druhů univerzálních bronzů. Tento bronz našel široké uplatnění pro výrobu různých pružinových částí, které současně působí jako proudový vodič, například: proudové pružiny, určité typy držáků kartáčů, posuvné kontakty v různých zařízeních, konektory atd.;

· Fosforový bronz má vysokou pevnost a dobré pružinové vlastnosti díky své nízké elektrické vodivosti se používá k výrobě pružinových dílů s nízkou proudovou hustotou;

Odlévané proudovodné díly jsou vyrobeny z různých jakostí strojírenských litých bronzů s vodivostí v rozsahu 8-15 % vodivosti čisté mědi. Charakteristickým znakem bronzů je malá smrštivost ve srovnání s litinou a ocelí a vysoké slévárenské vlastnosti, proto se používají pro odlévání různých proudových dílů složitých konfigurací určených pro elektrické stroje a přístroje.

Všechny značky litých bronzů lze rozdělit na cínové a bezcínové, kde hlavní legující prvky jsou Al, Mn, Fe, Pb, Ni.

Manganin – slitina mědi s přídavkem manganu a niklu. Používá se pro výrobu přídavných rezistorů a bočníků v měřicí technice.

Měděné značení

Třídy mědi se skládají z písmene „M“, což znamená měď. Následuje číslo od 0 do 4. Někdy se pak najde jedno z písmen, které charakterizuje způsob výroby kovu: k – katoda, p – deoxidováno s nízkým zbytkovým fosforem, f – dezoxidováno s vysokým zbytkovým fosforem, b – bez kyslíku. Bezkyslíkový je M0 a deoxidovaný je M1.

Hlavní druhy mědi:

• M0. Nejvyšší třída slitin mědi, obsahující asi 99,93-99,99% mědi. Někdy se pro zlepšení fyzikálně-chemických vlastností do kompozice přidává stříbro a procento hlavního prvku je označeno jako měď + stříbro jako jediná hlavní složka. M0 je nejčistší slitina mědi, která se používá k výrobě vodivých produktů (silové kabely, vodiče v elektronice, domácí dráty atd.).
• M1. Slitina běžnější v moderních podmínkách. Používá se také k výrobě elektrických výrobků s méně přísnými požadavky na kvalitu. M1 se také používá pro výrobu válcovaných kovových výrobků, svařovacích elektrod, drátu a tak dále. Procento obsahu mědi v M1 je 99,9 %.
• M2. Tato značka je široce používána při výrobě produktů vyžadujících vysokotlaké zpracování. M2 je méně tažný kov, protože obsahuje 99,7 % mědi. Slitina se často používá pro výrobu dílů kryogenních zařízení.
• M3. Tato třída patří mezi slitiny s nejnižším obsahem mědi (99,5 %). Takové kovy obsahují velké množství nečistot a často se získávají recyklací měděných produktů. Slitina M3 se používá k výrobě dílů válcováním.

Jednotlivé úpravy charakterizují typ a počet přídavných prvků. Podrobné informace o značkách jsou uvedeny v GOST 859-2001. GOST 434-78 upravuje vlastnosti mědi, ze které domácí podniky vyrábějí měděné přípojnice.

Užitečné detaily

Technologie výroby měděných přípojnic je ve všech podnicích stejná, ale spotřebitele více zajímá cena za stejnou kvalitu. Přední ruské podniky nesoutěží v kvalitě (mají stejně vysokou kvalitu), ale v cenové politice.

K dosažení určitých provozních podmínek pro prvky s proudem se často používají inovativní přístupy a řešení:

• Kolektorový pásek je slitina mědi a stříbra, která je lepší než čistá měď ve všech výkonnostních charakteristikách.
• Elektrické pravoúhlé profily pro speciální účely:
• polotuhé pneumatiky;
• tvrdé pneumatiky se zvýšenou čistotou povrchu;
• pneumatiky se zaoblenými malými stranami sekce a další.

Díky tomuto zaoblení je dosaženo odolnosti izolačního povlaku (nevznikají ostré ohyby v rozích), výrazně se šetří měď bez ztráty vodivosti a proudové zatížení je rovnoměrněji rozloženo po celém průřezu sběrnice .

— Pneumatiky se zvýšenou čistotou povrchu pro elektrolytické potažení následné kontaktní plochy stříbrem. Tím je dosaženo výrazného snížení hodnoty přechodového odporu.

Podle tématu