Металлы высокой электропроводности широкого применения
Физический смысл проводимости
Использование металлических проводников имеет давнишнюю историю. Ученые и инженеры, работающие в областях науки и техники, использующих электроэнергию, давно определились с материалами для проводов, клемм, контактов, печатных плат и т. д. Определить самый электропроводный металл в мире помогает физическая величина, называемая электрической проводимостью.
Удельная проводимость
Системной единицей удельной проводимости является сименс на метр – См/м. Чтобы выяснить, какой из металлов самый электропроводный металл в мире, достаточно сравнить их удельную проводимость, определенную экспериментально. Можно определить удельное сопротивление при помощи специального прибора – микроомметра. Эти характеристики являются обратнозависимыми.
Проводимость металлов
Металлические вещества отличаются от других более свободными связями на атомарном уровне. Внутреннее устройство металлов отличается присутствием большого числа «одиноких» электронов. которые при малейшем воздействии электромагнитных сил образуют направленный поток.
Поэтому не зря именно металлы являются лучшими проводниками электрического тока, и именно такие молекулярные взаимодействия отличают самый электропроводный металл.
На особенностях структуры кристаллической решетки металлов основано еще одно их специфическое свойство — высокая теплопроводность.
Топ лучших проводников — металлов
4 металла, имеющие практическое значение для их применения в качестве электропроводников распределяются в следующем порядке относительно величины удельной проводимости, измеряемой в См/м:
Видно, что самый электропроводный металл – серебро. Но подобно золоту, оно используется для организации электрической сети лишь в особых специфических случаях. Причина – высокая стоимость.
Зато медь и алюминий – самый распространенный вариант для электроприборов и кабельной продукции благодаря низкому сопротивлению электрическому току и ценовой доступности. Другие металлы применяются в качестве проводников редко.
Какая проводка лучше медная или алюминиевая
Металлы высокой электропроводности широкого применения
,°С, плотность Мг/м3 и удельное электрическое сопротивление ρ, нОм·м) основных металлов электротехники приведены в таблице 2.1.
–
Температура плавления, плотность и удельное электрическое сопротивление основных металлов электротехники
| Металл | t , °С |
Плотность, Мг/м3 | ρ, нОм·м | Металл | t , °С |
Плотность, Мг/м3 | ρ, нОм·м |
| Алюминий | 657 | 2,70 | 28 | Никель | 1455 | 8,90 | 73 |
| Вольфрам | 3380 | 19,30 | 55 | Олово | 232 | 7,29 | 120 |
| Железо | 1539 | 7,87 | 98 | Палладий | 1554 | 12,02 | 110 |
| Золото | 1063 | 19,30 | 24 | Платина | 1769 | 21,43 | 105 |
| Индий | 157 | 7,31 | 90 | Ртуть | – 38,9 | 13,55 | 958 |
| Иридий | 2447 | 22,65 | 54 | Свинец | 327 | 11,40 | 210 |
| Кадмий | 321 | 8,65 | 76 | Серебро | 962 | 10,49 | 16 |
| Медь | 1083 | 8,94 | 17 | Хром | 1890 | 7,19 | 210 |
| Молибден | 2623 | 10,20 | 57 | Цинк | 420 | 7,13 | 59 |
Медь плавится при температуре 1083 °С, а кипит при 2567 °С.
Химическая стойкость меди достаточно высока. Даже в условиях высокой влажности медь окисляется на воздухе значительно медленнее, чем, например, железо; интенсивное окисление меди происходит только при повышенных температурах.
Медь удобно обрабатывать, она легко прокатывается в листы, ленты и протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до нескольких микрон (мкм). Медь удобно паять, слабая оксидная плёнка на поверхности меди легко разрушается флюсами, для пайки можно использовать как мягкие, так и твёрдые припои.
В качестве проводникового материала используют медь М1 и М0. Маркировка произведена по содержанию примесей в основном металле (соответственно не более 0,1 % и не более 0,05 %).
Латуни содержат до 43 % цинка по массе и маркируются по количеству содержащейся в них меди; Л68 и т. п. Латуни прочнее, чем медь, и устойчивее к коррозии, поэтому широко применяются для изготовления штырей и гнёзд разъёмных контактов, а также в качестве твёрдого припоя для пайки меди – ПМЦ (припой медно-цинковый).
Алюминий является вторым по значению проводниковым материалом электротехники, важнейшим из лёгких металлов (его плотность 2,7·103 кг/
Алюминий – металл серебристо-белого цвета, его поверхность покрыта прочной плёнкой оксидаAl2О3, которая является полупроводником n
Алюминиевая электропроводка
В Советское время алюминиевый провод был почти единственным проводом в домашней сети. Лапша, так прозвали его, крепился просто гвоздями или с помощью металлических хомутов, четко показывая свое местоположение.
Служила такая проводка верой и правдой долгие десятилетия, пока не стали появляться мощные электроприборы и поэтому стали производить замену алюминиевой проводки на медную.
Но оправдана ли такая замена? Рассмотрим положительные и отрицательные стороны такой проводки.
Достоинства
У алюминия есть два неоспоримых и весомых качества, которые выдвигают ее на первый план эксплуатации:
Кабель одного вида и технических характеристик может стоить в 4–5 раз дешевле, чем аналогичный медный. В период кризиса это может быть решающим показателем. Тем более что алюминиевых кабелей и проводов достаточно на рынке.
Второе – это вес. Плотность меди составляет 8,92 г/см3, а у алюминия 2,6989 г/см3. О чем это говорит? Прежде чем решать, менять ли алюминиевую проводку на медную или нет, стоит рассчитать вес будущей замены.
Если прокладка будет проходить, например, по гипсокартону, то удержит ли он такой вес? Конечно, сечение кабеля или провода будет меньше, чем алюминиевого, но разница в весе все равно будет ощутимой.
Недостатки
Алюминиевый провод не безупречен, есть у него и отрицательные стороны, например:
Первый пункт требует более бережного отношения к проводу, а электрикам это не по нраву, поскольку приходится больше уделять этому время.
Что касается второго пункта, то иногда это является решающим фактором в пользу медного провода. С чем это связано и можно ли как-то решить эту проблему, об этом чуть ниже. А сейчас сравним медный провод.
Проводники, Металлы высокой проводимости, Медь и сплавы на ее основе (бронзы, латуни) — Материаловедение в машиностроении
- лучшая электропроводность;
- меньшее окисление;
- лучшая механическая прочность;
- превосходит по теплопроводности;
- есть больше способов соединений;
- больший срок службы;
- меньше падает напряжение на одинаковой длине провода;
- лучший температурный режим.
Медная электропроводка
Медная проводка стала появляться после открытия железного занавеса, когда в страну стали поступать импортные мощные электроприборы.
Годами использовавшаяся алюминиевая сеть стала не выдерживать такой нагрузки и ее начали менять на медную. Видимо, поэтому и возник вопрос, какая проводка лучше медная или алюминиевая.
В самом начале статьи было сказано, что это не совсем корректный вопрос. При номинальных режимах что медная, что алюминиевая жила ведут себя одинаково.
Просто у них несколько разные показатели, которые следует учитывать. В каком отношении медь считают лучше алюминия?
Достоинства
Действительно, медь, благодаря своей большей плотности, выдерживает большие механические нагрузки, чем алюминий.
Благодаря более высокой температуре плавления медь лучше сохраняет свою форму, а это особенно важно в контактах. Проводимость меди в 1,7 раза лучше, чем у алюминия, что дает возможность применять провода меньшего диаметра, способных пропускать такой же ток.
Недостатки
То, что для алюминия является плюсом, у меди это минус:
Сама медь примерно в 4 раза дороже алюминия поэтому, чтобы сделать ремонт менее дорогим, целесообразнее воспользоваться алюминием. Второе, это вес. При одинаковом сечении провод из алюминия будет значительно легче медного.
