14. Токопроводящие материалы

В качестве проводниковых материалов наибольшее применение имеют металлы и их сплавы.

Основными из электрических характеристик проводниковых материалов являются удельная проводимость j(или удельное сопротивление ρ) и температурный коэффициент α.

С точки зрения электропроводности различают проводниковые материалы с малым и большим удельным сопротивлением, а также сверхпроводящие материалы.

Материалы с малым удельным сопротивлениемидут на изготовление проводов, кабелей ( для передачи электрической энергии), обмоточных проводов (для всевозможных обмоток электрических машин, аппаратов, приборов). Для этих целей наибольшее применение имеют медь и алюминий.

Широкое применение меди обусловлено не только высокой удельной проводимостью, но и высокой механической прочностью и коррозийной стойкостью. Из меди легко изготовлять проволоку разной толщины (до 0,001мм), ленты и тонкую фольгу. Кроме чистой меди в электротехнике применяют ее сплавы (бронзу, латунь).

Кроме меди в электротехнике по технико-экономическим показателям все большее применение находит алюминий. Удельное сопротивление алюминия выше, а механическая прочность ниже, чем у меди, но его плотность примерно в 3,5 раза меньше. Поэтому алюминиевый провод такого же сопротивления, что и медный, при большей толщине оказывается приблизительно вдвое легче. Очень важное преимущество алюминия состоит в том, что он менее дефицитен , чем медь, по обработке не уступает меди (кроме пайки).

При понижении температуры величина ρметаллов уменьшается. В настоящее время известно, что многие чистые металлы и сплавы при охлаждении до некоторой температуры, приближающейся к абсолютному нулю, переходят в состояниесверхпроводимости, с наступлением которой их удельное сопротивление скачком уменьшается практически до нуля. В числе сверхпроводников можно отметить алюминий, ртуть, тантал, свинец, ниобий и их сплавы. Из перечисленных веществ наиболее низкую критическую температуру перехода в сверхпроводящее состояние 1,2 К имеет алюминий.

В сверхпроводнике при наличии электрического тока потерь энергии практически нет, поэтому в замкнутом сверхпроводящем контуре возникший однажды ток будет циркулировать много лет, не уменьшаясь по величине, даже без подвода энергии извне.

Материалы с большим удельным сопротивлением в основном являются металлическими сплавами: манганин – медно-марганцовый сплав, применяется при изготовлении приборов и образцовых сопротивлений;константан– медно-никелевый сплав для намотки проволочных резисторов и реостатов;нихром– сплав никеля, железа и хрома применяют для устройства электронагревательных приборов.

Эти материалы имеют высокое удельное сопротивление , достаточную механическую прочность, позволяют получать ленты, проволоки различной толщины.

В зависимости от области применения важную роль играют и другие характеристики и свойства сплавов, например, очень малый температурный коэффициент удельного сопротивления (манганин, константан), высокая рабочая температура (нихром), стойкость коррозии.

В перечень проводниковых материалов , применяемых в электротехнике, входят угольные материалы, металлокерамические материалы, контактные материалы, припои и т.д.