Свинец проводимость — Справочник химика 21

    Электрическая проводимость — одно из самых характерных свойств металлов (проводников первого рода), проводящих электрический ток без химических изменений. Лучшими проводниками электричества являются серебро и медь, худшими — свинец и ртуть. При нагревании металлов их электрическая проводимость падает, а при охлаждении растет около абсолютного нуля она стремится к бесконечности — явление сверхпроводимости. [c.256]
    В ряду С—51—Ое—5п—РЬ усиливаются металлические свойства. Углерод относится к неметаллам, кремний и германий — к полуметаллам. Германий внешне похож на металл (серебристобелый с желтоватым оттенком), характеризуется малой электрической проводимостью (в тысячу раз меньше, чем у ртути). Свинец и олово — металлы. [c.271]

    Металлы — хорошие проводники тепла и электричества. При прохождении электрического тока через металлические проводники не происходит переноса частиц металла (электронная проводимость, или проводимость первого рода). По способности проводить тепло и электричество металлы располагаются приблизительно в одном и том же порядке лучшие проводники —серебро и медь, затем золото, алюминий, железо и худшие —свинец и ртуть. Следовательно, между теплопроводностью металлов и их электропроводностью наблюдается почти постоянное соотношение. 

[c.297]

    Свинец — темно-серый мягкий металл, тяжелый, с невысокой температурой плавления и типичной для металлов электрической проводимостью. [c.275]

    Были рассмотрены свойства полупроводников IV группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. С увеличением порядкового номера элемента сверху вниз закономерно меняются их физикохимические и полупроводниковые свойства. Если первый элемент группы примыкает к изоляторам, то последний — свинец — представляет собой металл. В ряду алмаз — серое олово наблюдается падение температуры плавления и ширины запрещенной зоны, увеличение удельной проводимости и длины химической связи. Последнее обстоятельство играет существенную роль, так как увеличение длины кова- 

[c.116]

    Анодом свинцового аккумулятора является свинец, рабочим веществом его катода — двуокись свинца, которая для обеспечения металлической проводимости находится в контакте со свинцом, его электролитом служит 25— 30%-ный водный раствор серной кислоты  [c.217]

    Так как свойства вещества — механические, электрические, оптические, химические — определяются энергетическим состоянием валентных электронов, то в первую очередь нас интересует соответствующий участок энергетического спектра. Параметры последнего — значения ширины валентной, запрещенной зон, зоны проводимости и положение различных локализованных уровней — могут быть определены путем изучения оптических спектров, электропроводности и других свойств твердого вещества (см. гл. IX). Зная эти параметры, можно решать обратную задачу определять по ним неизвестные нам свойства вещества. Не случайно общепринятое деление твердых веществ на изоляторы, проводники, полуметаллы и металлы основывается на значениях ширины запрещенной зоны. Возьмем, например, ряд простых веществ алмаз, кремний, германий, олово, свинец. Каждое из этих вещёств по-своему замечательно и каждое используется как незаменимый материал, но в совершенно различных областях техники, а кремний и германии находят применение в полупроводниковой технике. Природа данных веществ изменяется скачками, как атомные номера соответствующих элементов. Скачками изменяется и ширина запрещенной зоны при переходе от одного аналога к другому. Для алмаза эта величина составляет 5,6 эВ. Это — изолятор, самое твердое из веществ. Для кремния она равна 1,21 эВ. Такой энергетический барьер уже много доступнее для валентных элек- тронов отсюда полупроводниковые свойства данного вещества. Ширина запрещенной зоны германия 0,78 эВ — он полупроводник с высокой подвижностью носителей тока — электронов и дырок. Наконец, серое олово по ширине запрещенной зоны, равной всего 0,08 эВ, занимает последнее место в данном ряду и относится скорее к металлам, чем к полупроводникам, а белое олово — настоящий металл. Так с изменением ширины запрещенной зоны закономерно изменяется природа твердого вещества. 

[c.105]

    Медь, получаемая из сульфидных руд пирометаллургическим способом, содержит около 1 % примесей — таких, как никель, сурьма, свинец, теллур, селен, висмут, мышьяк, сера, золото, серебро, а в ряде случаев и металлы платиновой группы. Наличие в меди даже небольших количеств примесей сильно понижает ее физические свойства (например, электрическую проводимость, пластичность и др.). Для получения меди высокой чистоты из пирометаллургической меди и попутного извлечения из нее благородных металлов в продукт, удобный для дальнейшей переработки, ее подвергают электрохимическому рафинированию. В настоящее время около 90 % всей добываемой меди обрабатывают таким образом.  [c.120]

    Разрушение металлических сооружений под влиянием электрокоррозии происходит со значительной скоростью, так как общая сила блуждающих токов находится в пределах от 10—20 до 200 А. При хорошей проводимости почвы и наличии повреждения в изоляции металлического сооружения плотность тока в отдельных точках анодной зоны может достигать очень высоких значений. Если сталь корродирует лишь в анодной зоне, то амфотерные металлы — свинец, алюминий и др. — разрушаются на катодных участках вследствие подщелачивания среды при протекании коррозионного процесса с кислородной деполяризацией. [c.32]

    Этот метод можно также применять для разделения неорганических ионов. Для передачи электрического тока требуется наличие фонового электролита. Примером является разделение бария и лантана, а также радия, свинца и висмута, проводимое в 0,1 М растворе молочной кислоты при градиенте потенциала 3,5 в на 1 сж [40]. За 24 ч радий передвинулся на 100 см, барий — на 90 см, свинец — на 50 см и висмут— от 10 до 15 см. Положение ионов было определено методом радиоавтограф ий при помощи естественной радиоактивности и введенных индикаторов. Методом электрохроматографии оказалось возможным отделить литий от натрия и от других щелочных металлов в растворе цитрата аммония [15]. 

[c.261]

    Суммарным результатом является растворение металла электрода. Долговечные электроды можно изготовить из благородных металлов (например, платины), однако их стоимость чрезмерно высока. В некоторых случаях /25/ оказываются удовлетворительными платиновые покрытия на таких металлах, как титан или тантал /26,27/. Для анодных покрытий используются также окислы некоторых металлов, таких, как свинец и рутений, обладающих достаточной проводимостью и нерастворимые в кислых средах. В процессе электродиализа были использованы также аноды из магнетита, хотя магнетит очень хрупкий материал. Дешевым и легко обраба

Свинец свойства и применение

Свинец (Pb) — синевато- серый металл с сильным металлическим блеском в свежем срезе. Латинское название элемента «плумбум» происходит от «плумбум нигрум» — черное олово (в отличие от «плумбум- албум»»- белое олово). Впоследствии олово «плумбум» стали относить только к свинцу. Свинец является конечным продуктом распада радиоактивных элементов : урана, тория, радия. Обычный свинец является смесью свинца разного происхождения. В химиеских соединениях свинец чаще всего двухвалентен, но встречается и четырехвалентный свинец. Кристаллизуется свинец в кубической системе. Тепло-и электропроводность свинца примерно в 10 раз меньше, чем у меди. При низких температурах свинец обладает сверхпроводимостью. Основные свойства свинца можно найти в сети интернет. Свинец — мягкий, ковкий и очень пластичный металл. Он легко прокатывается в тонкие листы и ленты, продавливается на прессах в трубы, из него изготовляют проволоку. Часто свинец прокатывают в виде широких длинных сворачиваемых листов (роллей) В сухом воздухе  при нормальной температуре свинец практически не окисляется. Он хорошо сопротивляется воздействию серной кислоты (с концентрацией до 80%) и не растворяется в плавиковой, фосфорной и хромовой кислотах, в большинстве органических кислот и щелочах. Интенсивно растворяется свинец в азотной кислоте. Мягкая питьевая вода также способна растворять свинец. Слабо действует на свинец морская вода и рудничные воды. Газы: хлор, сероводород, сернистый газ, ангидрид серной кислоты почти не действует на свинец как в сухом, так и во влажном состоянии. В сухих парах брома при низких температурах свинец также устойчив. Под действием фтористого водорода свинец быстро корродирует. При соединении свинца с кислородом могут образоваться закись свинца, окись свинца, или глет. Окись свинца легко отдает свой кислород веществам, способным окисляться, и поэтому является сильным окислителем. Она является амфотерным соединением и способна вступать во взаимодействие как с кислотами, так и с основными окислами и почти не разлагается даже при весьма высоких температурах. В присутствии кислорода при нагревании до температуры 400-500 градусов. При более высоких температурах сурик разлагается на глет и кислород.  С серой свинец образует сульфид, который широко распространен в природе в виде минерала свинцового блеска. В расплавленном состоянии он очень жидкотекуч и легко проникает даже в поры огнеупорных материалов. При нагревании сульфид свинца испаряется. Он легко окисляется воздухом. Сульфид свинца при высоких температурах взаимодействует с железом, медью, алюминием и марганцем. С сульфидами других металлов он образует штейн. Пары свинца, а также многие его химическое соединения ядовиты. Рекристаллизация свинца происходит при температурах ниже комнатной. Поэтому получить свинец в наклепанном состоянии при комнатной температуре невозможно. Механические и физико-химические свойства свинца сильно изменяются под влиянием примесей. Висмут и цинк понижают кислотоупорность свинца. Натрий, кальций и магний резко повышают прочность и твердость свинца, но снижают его химическую стойкость. Медь увеличивает устойчивость свинца против действия серной кислоты. Сурьма повышает твердость и кислотоупорность свинца в отношении серной кислоты. Барий и литий повышают твердость, а кадмий, теллур и олово- твердость и сопротивление усталости свинца. Большое количество свинца расходуют в настоящее время на производство аккумуляторов и в кабельном производстве, хотя в последнем случае его все в большой мере заменяют синтетическими материалами. Свинец широко применяют для производства различных сплавов, в том числе антифрикционных сплавов (баббитов), свинцовых бронз, свинцовооловянных припоев, легкоплавких свинцовокадмиевооловянных сплавов, типографских сплавов, для производства фольги. Используют его также для сооружений, защищающих от радиоактивных излучений, и для многих других целей. Свинец чушковый. Свинец марок СО.С1,С2,С3 выпускают в виде чушек массой не более 40 кг и не менее 30 кг. Свинец сурьмянистый. Свинец выпускают в виде гладких чушек массой от 25 до 40 кг. Проволока свинцовая. Проволоку поставляют диаметром 1,25+-0,25 мм. Допускаемая стандартом разность между максимальным и минимальным значениями диаметра должна быть не более 0,14 мм. Свинцовая проволока можеть быть изготовлена из свинца любой марки.

 

1. Мы предлагаем следующие виды цветных металлов: бронза, медь, титан, олово, баббит, магний, кадмий, латунь, сурьма, висмут.

 

Свинец в электротехнике — Знаешь как

Содержание статьи

Особенно много свинца потребляет кабельная промышленность, где им предохраняют от коррозии телеграфные и электрические провода при подземной или подводной прокладке. Много свинца идет и на изготовление легкоплавких сплавов (с висмутом, оловом и кадмием) для электрических предохранителей, а также для точной пригонки контактирующих деталей. Но главное, видимо,— это использование свинца в химических источниках тока. Свинцовый аккумулятор с момента своего создания претерпел много конструктивных изменений, но основа его осталась той же: две свинцовые пластины, погруженные в сернокислый электролит. На пластины нанесена паста из окиси свинца.

При зарядке аккумулятора на одной из пластин выделяется водород, восстанавливающий окись до металлического свинца, на другой — кислород, переводящий окись в перекись. Вся конструкция превращается в гальванический элемент с электродами из свинца и перекиси свинца. В процессе разрядки перекись раскисляется, а металлический свинец превращается в окись. Эти реакции сопровождаются возникновением электрического тока, который будет течь по цепи до тех пор, пока электроды не станут одинаковыми — покрытыми окисью свинца.Производство щелочных аккумуляторов достиглов наше время гигантских размеров, но оно не вытеснило аккумуляторы свинцовые. Последние уступают щелочным в прочности, они тяжелее, но зато дают ток большего напряжения.

Так, для питания автостартера нужно пять кадмиево-никелевых аккумуляторов или три свинцовых.Аккумуляторная промышленность — один из самых емких потребителей, свинца.Можно, пожалуй, сказать и то, что свинец находился у истоков современной электронно-вычислительной техника.Свинец был одним из первых металлов, переведенных в состояние сверхпроводимости. Кстати, температура, ниже которой этот металл приобретает способность пропускать электрический ток без малейшего сопротивления, довольно высока — 7,17° К. (Для сравнения укажем, что у олова она равна 3,72, у цинка — 0,82, у титана — всего 0,4°К). Из свинца была сделана обмотка первого сверхпроводящего трансформатора, построенного в 1961 г.На сверхпроводимости свинца основан один из самых эффектных физических «фокусов», впервые продемонстрированный в 30-х годах советским физиком В. К. Аркадьевым.По преданию, гроб с телом Магомета висел в пространстве без опор.

Из трезвомыслящих людей никто, конечно, этому не верит. Однако в опытах Аркадьева происходило нечто подобное: небольшой магнитик висел без какой-либо опоры над свинцовой пластинкой, находившейся в среде жидкого гелия, т. е. при температуре 4,2° К, намного меньшей, чем критическая для свинца.Известно, что при изменении магнитного поля в любом проводнике возникают вихревые токи (токи Фуко). В обычных условиях они быстро гасятся сопротивлением. Но, если сопротивления нет (сверхпроводимость!), эти токи не затухают и, естественно, сохраняется созданное ими магнитное поле. Магнитик над свинцовой пластинкой имел, разумеется, свое поле и, падая на нее, возбуждая магнитное поле от самой пластинки, направленное навстречу полю магнита, и оно отталкивало магнит. Значит, задача сводилась к тому, чтобы подобрать магнитик такой массы, чтобы его могла удержать на почтительном расстоянии эта сила отталкивания.В наше время сверхпроводимость — огромнейшая область научных исследований и практического приложения. Говорить о том, что она связана только со свинцом, конечно нельзя.

Но значение свинца в этой области не исчерпывается приведенными примерами.Один из лучших проводников электричества — медь — никак не удается перевести в сверхпроводящее состояние. Почему это так, у ученых еще нет единого мнения. В экспериментах по сверхпроводимости меди отведенароль электроизолятора. Но сплав меди со свинцом используют в сверхпроводниковой технике. В температурном интервале 0,1—5° К этот сплав проявляет линейную зависимость сопротивления от температуры. Поэтому его используют в приборах для измерения исключительно низких температур.

Свинец и транспорт

И эта тема складывается из нескольких аспектов. Первый — это антифрикционные сплавы на основе свинца. Наряду с общеизвестными баббитами и свинцовыми бронзами, антифрикционным сплавом часто служат свидцово-кальциевая лигатура (3—4% кальция). То же назначение имеют и некоторые припои, отличающиеся низким содержанием олова и, в отдельных случаях, добавкой сурьмы. Все более важную роль начинают играть сплавы свинца с таллием. Присутствие последнего повышает теплостойкость подшипников, уменьшает коррозию свинца органическими кислотами, образующимися при физико-химическом разрушении смазочных масел.Второй аспект — борьба с детонацией в двигателях. Процесс детонации сродни процессу горения, но скорость его слишком велика…

В двигателях внутреннего сгорания он возникает из-за распада молекул еще не сгоревших углеводородов под влиянием растущих давления и температуры. Распадаясь, эти молекулы присоединяют кислород и образуют перекиси, устойчивые лишь в очень узком интервале температур. Они-то и вызывают детонацию, и топливо воспламеняется раньше, чем достигнуто необходимое сжатие смеси в цилиндре. В результате мотор начинает «барахлить», перегреваться, появляется черный выхлоп (признак неполного сгорания), ускоряется выгорание поршней, сильнее изнашивается шатувно-кривошипный механизм, теряется мощность…Самый распространенный антидетонатор — тетраэтил-свинец (ТЭС) Рb (С₂Н₅)₄—бесцветная ядовитая жидкость. Действие ее (и других металлоорганических антидетонаторов) объясняется тем, что при температуре выше 200°С происходит распад молекул вещества-антидетонатора.

Образуются активные свободные радикалы, которые, реагируя прежде всего с перекисями, уменьшают их концентрацию. Роль металла, образующегося при полном распадететраэтилсвинца, сводится к дезактивации активных частиц — продуктов взрывного распада тех же перекисей.Добавка тетраэтилсвинца к топливу никогда не превышает 4%, но не только из-за токсичности этого вещества. Избыток свободных радикалов может инициировать образование перекисей.

Свинец и война

Свинец — тяжелый металл, его плотность 11,34. Именно это обстоятельство послужило причиной массового использования свинца в огнестрельном оружии. Между прочим, свинцовыми метательными снарядами пользовались еще в древности: пращники армии Ганнибала метали в римлян свинцовые шары. И сейчас пули отливают из свинца, лишь оболочку их делают из других, более твердых металлов. Любая добавка к свинцу увеличивает его твердость, но количественно влияние добавок неравноценно.

В свинец, идущий на изготовление шрапнели, добавляют до 12% сурьмы, а в свинец ружейной дроби — не более 1% мышьяка. Без инициирующих взрывчатых веществ ни одно скорострельное оружие действовать не будет. Среди веществ этого класса преобладают соли тяжелых металлов. Используют, в частности, азид свинца PbN₆. Ко всем взрывчатым веществам предъявляют очень жесткие требования с точки зрения безопасности обращения с ними, мощности, химической и физической стойкости, чувствительности. Из всех известных инициирующих взрывчатых веществ по всем этим характеристикам «проходят» лишь «гремучая ртуть», азид и тринитрорезорцинат свинца (ТНРС).

 

Вы читаете, статья на тему свинец в электротехнике

Плотность свинца, теплопроводность и удельная теплоемкость свинца Pb

В таблице приведены физические свойства свинца: плотность свинца d, удельная теплоемкость C_p, температуропроводность a, теплопроводность λ, удельное электрическое сопротивление ρ в зависимости от температуры (при отрицательных и положительных температурах — в интервале от -223 до 1000°С).

Плотность свинца зависит от температуры — при нагревании этого металла его плотность снижается. Уменьшение плотности свинца объясняется увеличением его объема при росте температуры. Плотность свинца равна 11340 кг/м³ при температуре 27°С. Это довольно высокая величина, сравнимая, например, с плотностью технеция Tc и тория Th.

Плотность свинца намного больше плотности таких металлов, как олово (7260 кг/м³), алюминий (2700 кг/м³), хром (7150 кг/м³) и других распространенных металлов. Однако свинец не самый тяжелый металл. Если, к примеру, положить кусочек свинца в чашку с ртутью или с расплавленным таллием Tl, то он будет плавать на их поверхности.

Свинец начинает плавиться при температуре 327,7°С. При переходе его в жидкое состояние плотность свинца снижается скачкообразно и при температуре 1000 К (727°С) плотность жидкого свинца составляет уже 10198 кг/м³.

Удельная теплоемкость свинца равна 127,5 Дж/(кг·град) при комнатной температуре и при нагревании его до температуры плавления — увеличивается. Например, удельная теплоемкость свинца при температуре 280°С составляет величину около 140 Дж/(кг·град). Теплоемкость свинца в жидком состоянии при нагревании, наоборот — уменьшается и при температуре более 1000 К также равна 140 Дж/(кг·град).

Теплофизические свойства свинца в зависимости от температуры

t, °С →	-223	-173	-73	27	127	227	327	327,7	527	727
d, кг/м3	—	11531	11435	11340	11245	11152	11059	10686	10430	10198
Cp, Дж/(кг·град)	103	116,8	123,2	127,5	132,8	137,6	142,1	146,4	143,3	140,1
λ, Вт/(м·град)	43,6	39,2	36,5	35,1	34,1	32,9	31,6	15,5	19,0	21,4
a·106, м2/с	35,7	29,1	24,3	24,3	22,8	21,5	20,1	9,9	12,7	15,0
ρ·108, Ом·м	2,88	6,35	13,64	21,35	29,84	38,33	47,93	93,6	102,9	112,2

Среди множества распространенных металлов свинец обладает относительно невысокой удельной теплоемкостью при комнатной температуре. Для примера, теплоемкость стали равна 440…550, чугуна — 370…550, меди — 385, никеля — 444 Дж/(кг·град). Следует отметить, что теплоемкость тяжелых металлов в общем случае не высока. Отмечается такая зависимость: чем плотнее металл, тем ниже его удельная теплоемкость.

Температуропроводность твердого свинца при его нагревании уменьшается, а жидкого — увеличивается. Теплопроводность свинца равна 35,1 Вт/(м·град) при комнатной температуре. Свинец при нормальной температуре имеет довольно низкую теплопроводность — почти в 7 раз меньше теплопроводности алюминия и в 11 раз ниже теплопроводности меди. Зависимость теплопроводности свинца от температуры следующая: при его нагревании до температуры плавления теплопроводность свинца уменьшается, а теплопроводность жидкого свинца при повышении температуры — растет.

Источник:
В.Е. Зиновьев. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах.

Удельное сопротивление и электропроводимость: формулы и объяснение

В данной статье мы подробно разберем что такое удельное сопротивление и электропроводность, ясно опишем все формулы с помощью примеров задач, а так же дадим вам таблицу удельных сопротивлений некоторых проводников.

Описание

Закон Ома гласит, что, когда источник напряжения (V) подается между двумя точками в цепи, между ними будет протекать электрический ток (I), вызванный наличием разности потенциалов между этими двумя точками. Количество протекающего электрического тока ограничено величиной присутствующего сопротивления (R). Другими словами, напряжение стимулирует протекание тока (движение заряда), но это сопротивление препятствует этому.

Мы всегда измеряем электрическое сопротивление в Омах, где Ом обозначается греческой буквой Омега, Ω. Так, например: 50 Ом, 10 кОм или 4,7 МОм и т.д. Проводники (например, провода и кабели) обычно имеют очень низкие значения сопротивления (менее 0,1 Ом), и, таким образом, мы можем пренебречь ими, как мы предполагаем в расчетах анализа цепи, что провода имеют ноль сопротивление. С другой стороны, изоляторы (например, пластиковые или воздушные), как правило, имеют очень высокие значения сопротивления (более 50 МОм), поэтому мы можем их игнорировать и для анализа цепи, поскольку их значение слишком велико.

Но электрическое сопротивление между двумя точками может зависеть от многих факторов, таких как длина проводников, площадь их поперечного сечения, температура, а также фактический материал, из которого он изготовлен. Например, давайте предположим, что у нас есть кусок провода (проводник), который имеет длину L, площадь поперечного сечения A и сопротивление R, как показано ниже.

Электрическое сопротивление R этого простого проводника является функцией его длины, L и площади поперечного сечения A. Закон Ома говорит нам, что для данного сопротивления R ток, протекающий через проводник, пропорционален приложенному напряжению, поскольку I = V / R. Теперь предположим, что мы соединяем два одинаковых проводника вместе в последовательной комбинации, как показано на рисунке.

Здесь, соединив два проводника вместе в последовательной комбинации, то есть, к концу, мы фактически удвоили общую длину проводника (2L), в то время как площадь поперечного сечения A остается точно такой же, как и раньше. Но помимо удвоения длины, мы также удвоили общее сопротивление проводника, дав 2R как: 1R + 1R = 2R.

Таким образом , мы можем видеть , что сопротивление проводника пропорционально его длину, то есть: R ∝ L. Другими словами, мы ожидаем, что электрическое сопротивление проводника (или провода) будет пропорционально больше, чем оно длиннее.

Отметим также, что, удваивая длину и, следовательно, сопротивление проводника (2R), чтобы заставить тот же ток I, чтобы течь через проводник, как и раньше, нам нужно удвоить (увеличить) приложенное напряжение I = (2 В) / (2R). Далее предположим, что мы соединяем два идентичных проводника вместе в параллельной комбинации, как показано.

Здесь, соединяя два проводника в параллельную комбинацию, мы фактически удвоили общую площадь, дающую 2А, в то время как длина проводников L остается такой же, как у исходного одиночного проводника. Но помимо удвоения площади, путем параллельного соединения двух проводников мы фактически вдвое сократили общее сопротивление проводника, получив 1 / 2R, поскольку теперь каждая половина тока протекает через каждую ветвь проводника.

Таким образом, сопротивление проводника обратно пропорционально его площади, то есть: R 1 / ∝ A или R ∝ 1 / A. Другими словами, мы ожидаем, что электрическое сопротивление проводника (или провода) будет пропорционально меньше, чем больше его площадь поперечного сечения.

Кроме того, удваивая площадь и, следовательно, вдвое увеличивая суммарное сопротивление ветви проводника (1 / 2R), для того же тока, чтобы I протекал через параллельную ветвь провода, как раньше, нам нужно только наполовину уменьшить приложенное напряжение I = (1 / 2V) / (1 / 2R).

Надеемся, мы увидим, что сопротивление проводника прямо пропорционально длине (L) проводника, то есть: R ∝ L, и обратно пропорционально его площади (A), R ∝ 1 / A. Таким образом, мы можем правильно сказать, что сопротивление это:

Пропорциональность сопротивления

Но помимо длины и площади проводника, мы также ожидаем, что электрическое сопротивление проводника будет зависеть от фактического материала, из которого он изготовлен, потому что разные проводящие материалы, медь, серебро, алюминий и т.д., имеют разные физические и электрические свойства. Таким образом, мы можем преобразовать знак пропорциональности (∝) вышеприведенного уравнения в знак равенства, просто добавив «пропорциональную константу» в вышеприведенное уравнение, давая:

Уравнение удельного электрического сопротивления

Где: R — сопротивление в омах (Ω), L — длина в метрах (м), A — площадь в квадратных метрах (м ² ), и где известна пропорциональная постоянная ρ (греческая буква «rho») — удельное сопротивление .

Удельное электрическое сопротивление

Удельное электрическое сопротивление конкретного материала проводника является мерой того, насколько сильно материал противостоит потоку электрического тока через него. Этот коэффициент удельного сопротивления, иногда называемый его «удельным электрическим сопротивлением», позволяет сравнивать сопротивление различных типов проводников друг с другом при определенной температуре в соответствии с их физическими свойствами без учета их длины или площади поперечного сечения. Таким образом, чем выше значение удельного сопротивления ρ, тем больше сопротивление, и наоборот.

Например, удельное сопротивление хорошего проводника, такого как медь, составляет порядка 1,72 х 10 ^-8 Ом (или 17,2 нОм), тогда как удельное сопротивление плохого проводника (изолятора), такого как воздух, может быть значительно выше 1,5 х 10 ¹⁴ или 150 трлн.

Такие материалы, как медь и алюминий, известны низким уровнем удельного сопротивления, благодаря чему электрический ток легко проходит через них, что делает эти материалы идеальными для изготовления электрических проводов и кабелей. Серебро и золото имеют очень низкие значения удельного сопротивления, но по понятным причинам дороже делать из них электрические провода.

Тогда факторы, которые влияют на сопротивление (R) проводника в омах, могут быть перечислены как:

• Удельное сопротивление (ρ) материала, из которого сделан проводник.
• Общая длина (L) проводника.
• Площадь поперечного сечения (А) проводника.
• Температура проводника.

Пример удельного сопротивления № 1

Рассчитайте общее сопротивление постоянному току 100-метрового рулона медного провода 2,5 мм ², если удельное сопротивление меди при 20 ^o C составляет 1,72 x 10 ^-8  Ом метр.

Приведенные данные: удельное сопротивление меди при 20 ^o C составляет 1,72 x 10 ^-8 , длина катушки L = 100 м, площадь поперечного сечения проводника составляет 2,5 мм ², что дает площадь: A = 2,5 x 10 ^-6 м ² .

Ответ: 688 МОм или 0,688 Ом.

Удельное электрическое сопротивление материала

Ранее мы говорили, что удельное сопротивление — это электрическое сопротивление на единицу длины и на единицу площади поперечного сечения проводника, таким образом, показывая, что удельное сопротивление ρ имеет размеры в Ом-метрах или Ом · м, как это обычно пишется. Таким образом, для конкретного материала при определенной температуре его удельное электрическое сопротивление определяется как.

Электрическая проводимость

Хотя как электрическое сопротивление (R), так и удельное сопротивление ρ, являются функцией физической природы используемого материала, а также его физической формы и размера, выраженных его длиной (L) и площадью его сечения ( А), Проводимость или удельная проводимость относится к легкости, с которой электрический ток проходит через материал.

Проводимость (G) является обратной величиной сопротивления (1 / R) с единицей проводимости, являющейся сименсом (S), и ей дается перевернутый символ омов mho, ℧. Таким образом, когда проводник имеет проводимость 1 сименс (1S), он имеет сопротивление 1 Ом (1 Ом). Таким образом, если его сопротивление удваивается, проводимость уменьшается вдвое, и наоборот, как: Сименс = 1 / Ом, или Ом = 1 / Ом.

В то время как сопротивление проводников дает степень сопротивления потоку электрического тока, проводимость проводника указывает на легкость, с которой он пропускает электрический ток. Таким образом, металлы, такие как медь, алюминий или серебро, имеют очень большие значения проводимости, что означает, что они являются хорошими проводниками.

Проводимость, σ (греческая буква сигма), является обратной величиной удельного сопротивления. Это 1 / ρ и измеряется в сименах на метр (S / m). Поскольку электропроводность σ = 1 / ρ, предыдущее выражение для электрического сопротивления R можно переписать в виде:

Электрическое сопротивление как функция проводимости

Тогда мы можем сказать, что проводимость — это эффективность, посредством которой проводник пропускает электрический ток или сигнал без потери сопротивления. Поэтому материал или проводник, который имеет высокую проводимость, будет иметь низкое удельное сопротивление, и наоборот, поскольку 1 сименс (S) равен 1 Ом ^-1 . Таким образом, медь, которая является хорошим проводником электрического тока, имеет проводимость 58,14 x 10 ⁶ Симен на метр.

Пример удельного сопротивления №2

Кабель длиной 20 метров имеет площадь поперечного сечения 1 мм ² и сопротивление 5 Ом. Рассчитать проводимость кабеля.

Приведенные данные: сопротивление постоянному току, R = 5 Ом, длина кабеля, L = 20 м, а площадь поперечного сечения проводника составляет 1 мм ^{2, что} дает площадь: A = 1 x 10 ^-6 м ² .

Ответ: 4 мега-симена на метр длины.

Таблица удельных сопротивлений проводников

Проводник	Удельное сопротивление ρ	Температурный коэффициент α
Алюминий	0,028	4,2
Бронза	0,095 — 0,1	—
Висмут	1,2	—
Вольфрам	0,05	5
Железо	0,1	6
Золото	0,023	4
Иридий	0,0474	—
Константан	0,5	0,05
Латунь	0,025 — 0,108	0,1-0,4
Магний	0,045	3,9
Манганин	0,43 — 0,51	0,01
Медь	0,0175	4,3
Молибден	0,059	—
Нейзильбер	0,2	0,25
Натрий	0,047	—
Никелин	0,42	0,1
Никель	0,087	6,5
Нихром	1,05 — 1,4	0,1
Олово	0,12	4,4
Платина	0.107	3,9
Ртуть	0,94	1,0
Свинец	0,22	3,7
Серебро	0,015	4,1
Сталь	0,103 — 0,137	1-4
Титан	0,6	—
Фехраль	1,15 — 1,35	0,1
Хромаль	1,3 — 1,5	—
Цинк	0,054	4,2
Чугун	0,5-1,0	1,0

Где: удельное сопротивление ρ измеряется в Ом*мм²/м и температурный коэффициент электрического сопротивления металлов α измеряется в 10 ^-3*C^-1(или K ^-1) .

Краткое описание удельного сопротивления

Мы поговорили в этой статье об удельном сопротивлении, что удельное сопротивление — это свойство материала или проводника, которое указывает, насколько хорошо материал проводит электрический ток. Мы также видели, что электрическое сопротивление (R) проводника зависит не только от материала, из которого сделан проводник, меди, серебра, алюминия и т.д., но также от его физических размеров.

Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине (L) как R ∝ L. Таким образом, удвоение его длины удвоит его сопротивление, в то время как последовательное удвоение проводника уменьшит вдвое его сопротивление. Также сопротивление проводника обратно пропорционально его площади поперечного сечения (A) как R ∝ 1 / A. Таким образом, удвоение его площади поперечного сечения уменьшило бы его сопротивление вдвое, тогда как удвоение его площади поперечного сечения удвоило бы его сопротивление.

Мы также узнали, что удельное сопротивление (символ: ρ) проводника (или материала) связано с физическим свойством, из которого он изготовлен, и варьируется от материала к материалу. Например, удельное сопротивление меди обычно дается как: 1,72 х 10 ^-8 Ом · м. Удельное сопротивление конкретного материала измеряется в единицах Ом-метров (Ом), которое также зависит от температуры.

В зависимости от значения удельного электрического сопротивления конкретного материала его можно классифицировать как «проводник», «изолятор» или «полупроводник». Обратите внимание, что полупроводники — это материалы, в которых их проводимость зависит от примесей, добавляемых в материал.

Удельное сопротивление также важно в системах распределения электроэнергии, так как эффективность системы заземления для системы электропитания и распределения сильно зависит от удельного сопротивления земли и материала почвы в месте расположения системы.

Проводимость — это имя, данное движению свободных электронов в форме электрического тока. Проводимость, σ является обратной величиной удельного сопротивления. Это 1 / ρ и имеет единицу измерения сименс на метр, S / m. Проводимость варьируется от нуля (для идеального изолятора) до бесконечности (для идеального проводника). Таким образом, сверхпроводник имеет бесконечную проводимость и практически нулевое омическое сопротивление.

Свинец, свойства атома, химические и физические свойства

Свинец, свойства атома, химические и физические свойства.

 

 

 

Pb 82  Свинец

207,2(1)     1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p²

 

Свинец — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 82. Расположен в 14-й группе (по старой классификации — главной подгруппе четвертой группы), шестом периоде периодической системы.

 

Атом и молекула свинца. Формула свинца. Строение свинца

Изотопы и модификации свинца

Свойства свинца(таблица): температура, плотность, давление и пр.

Физические свойства свинца

Химические свойства свинца. Взаимодействие свинца. Реакции с свинцом

Получение свинца

Применение свинца

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 

Атом и молекула свинца. Формула свинца. Строение свинца:

Свинец (лат. Plumbum) – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Pb и атомным номером 82. Расположен в 14-й группе (по старой классификации — главной подгруппе четвертой группы), шестом периоде периодической системы.

Свинец – один из тяжелых химических элементов периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева, относится к группе тяжелых металлов.

Свинец – металл.

Как простое вещество свинец при нормальных условиях представляет собой ковкий, сравнительно легкоплавкий тяжёлый металл серебристо-белого цвета с синеватым отливом.

Молекула свинца одноатомна.

Химическая формула свинца Pb.

Электронная конфигурация атома свинца 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p². Потенциал ионизации атома свинца равен 7,41 эВ (715,2 кДж/моль).

Строение атома свинца. Атом свинца состоит из положительно заряженного ядра (+82), вокруг которого по шести атомным оболочкам движутся 82 электрона. При этом 78 электронов находятся на внутреннем уровне, а 4 электрона – на внешнем. Поскольку свинец расположен в шестом периоде, оболочек всего шесть. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. Третья и пятая – внутренние оболочки представлена s-, р- и d-орбиталями. Четвертая – внутренняя оболочка представлена s-, р-, d- и f-орбиталями. Шестая – внешняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. На внешнем энергетическом уровне атома свинца находятся два спаренных – на s-орбитали и два неспаренных – на p-орбитали электроны. Поэтому свинец проявляет валентность II и IV и степени окисления +2 и +4. В свою очередь ядро атома свинца состоит из 82 протонов и 125 нейтронов.

Радиус атома свинца составляет 175 пм.

Атомная масса атома свинца составляет 207,2(1) а. е. м.

Свинец – последний химический элемент в периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева, у которого существуют стабильные изотопы, химические элементы после свинца стабильных изотопов не имеют.

 

Изотопы и модификации свинца:

 

Свойства свинца (таблица): температура, плотность, давление и пр.:

Общие сведения
Название	Свинец/ Plumbum
Символ	Pb
Номер в таблице	82
Тип	Металл
Открыт	Известен с древних времен
Внешний вид и пр.	Тяжёлый металл серебристо-серого цвета с синеватым оттенком
Содержание в земной коре	0,00099 %
Содержание в океане	3,0×10-9 %
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	207,2(1) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 6s2 6p2
Радиус атома	175 пм
Химические свойства
Степени окисления	+4, +2, 0
Валентность	+2, +4
Ковалентный радиус	147 пм
Радиус иона	(+4e) 84 (+2e) 120 пм
Электроотрицательность	2,33 (шкала Полинга)
Энергия ионизации (первый электрон)	715,2 кДж/моль (7,41 эВ)
Электродный потенциал	-0,126 В, 0,80 В
Физические свойства
Плотность (при  20 °C и нормальных условиях, состояние вещества – твердое тело)	11,3415 г/см3
Плотность (при  327,4 °C °C и нормальных условиях, состояние вещества – жидкость)	10,686 г/см3
Температура плавления	327,46 °C (600,61 K)
Температура кипения	1749 °C (2022 K)
Уд. теплота плавления	4,77 кДж/моль
Уд. теплота испарения	177,8 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	26,65 Дж/(K·моль)
Молярный объём	18,3 см³/моль
Давление паров	1 мм.рт.ст. (при 981°C)
Поверхностное натяжение	445 мН/м (при 350°C)
Стандартная энтальпия образования ΔH (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело)	0 кДж/моль
Стандартная энтальпия образования ΔH (при 298 К, для состояния вещества – газ)	195,1 кДж/моль
Стандартная энергия Гиббса образования ΔG (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело)	0 кДж/моль
Стандартная энтропия вещества S (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело)	64,81 Дж/(моль·K)
Стандартная энтропия вещества S (при 298 К, для состояния вещества – газ)	175,3 Дж/(моль·K)
Теплопроводность (при 300 K)	35,3 Вт/(м·К)
Электропроводность в твердой фазе	4,8·106 См/м
Удельное электрическое сопротивление	1,92 мОм · м (при 0°C), 9,8 мОм · м (при 400°C), 12,6 мОм · м (при 1000°C)
Сверхпроводимость при температуре	7,1999 К
Твёрдость	1,5 по шкале Мооса
Структура решётки	кубическая гранецентрированная
Параметры решётки	4,950 Å
Температура Дебая	88 К

 

Физические свойства свинца:

 

Химические свойства свинца. Взаимодействие свинца. Реакции со свинцом:

 

Получение свинца:

 

Применение свинца:

 

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 

1. 1. Водород
2. 2. Гелий
3. 3. Литий
4. 4. Бериллий
5. 5. Бор
6. 6. Углерод
7. 7. Азот
8. 8. Кислород
9. 9. Фтор
10. 10. Неон
11. 11. Натрий
12. 12. Магний
13. 13. Алюминий
14. 14. Кремний
15. 15. Фосфор
16. 16. Сера
17. 17. Хлор
18. 18. Аргон
19. 19. Калий
20. 20. Кальций
21. 21. Скандий
22. 22. Титан
23. 23. Ванадий
24. 24. Хром
25. 25. Марганец
26. 26. Железо
27. 27. Кобальт
28. 28. Никель
29. 29. Медь
30. 30. Цинк
31. 31. Галлий
32. 32. Германий
33. 33. Мышьяк
34. 34. Селен
35. 35. Бром
36. 36. Криптон
37. 37. Рубидий
38. 38. Стронций
39. 39. Иттрий
40. 40. Цирконий
41. 41. Ниобий
42. 42. Молибден
43. 43. Технеций
44. 44. Рутений
45. 45. Родий
46. 46. Палладий
47. 47. Серебро
48. 48. Кадмий
49. 49. Индий
50. 50. Олово
51. 51. Сурьма
52. 52. Теллур
53. 53. Йод
54. 54. Ксенон
55. 55. Цезий
56. 56. Барий
57. 57. Лантан
58. 58. Церий
59. 59. Празеодим
60. 60. Неодим
61. 61. Прометий
62. 62. Самарий
63. 63. Европий
64. 64. Гадолиний
65. 65. Тербий
66. 66. Диспрозий
67. 67. Гольмий
68. 68. Эрбий
69. 69. Тулий
70. 70. Иттербий
71. 71. Лютеций
72. 72. Гафний
73. 73. Тантал
74. 74. Вольфрам
75. 75. Рений
76. 76. Осмий
77. 77. Иридий
78. 78. Платина
79. 79. Золото
80. 80. Ртуть
81. 81. Таллий
82. 82. Свинец
83. 83. Висмут
84. 84. Полоний
85. 85. Астат
86. 86. Радон
87. 87. Франций
88. 88. Радий
89. 89. Актиний
90. 90. Торий
91. 91. Протактиний
92. 92. Уран
93. 93. Нептуний
94. 94. Плутоний
95. 95. Америций
96. 96. Кюрий
97. 97. Берклий
98. 98. Калифорний
99. 99. Эйнштейний
100. 100. Фермий
101. 101. Менделеевий
102. 102. Нобелий
103. 103. Лоуренсий
104. 104. Резерфордий
105. 105. Дубний
106. 106. Сиборгий
107. 107. Борий
108. 108. Хассий
109. 109. Мейтнерий
110. 110. Дармштадтий
111. 111. Рентгений
112. 112. Коперниций
113. 113. Нихоний
114. 114. Флеровий
115. 115. Московий
116. 116. Ливерморий
117. 117. Теннессин
118. 118. Оганесон

 

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 

карта сайта

свинец атомная масса степень окисления валентность плотность температура кипения плавления физические химические свойства структура теплопроводность электропроводность кристаллическая решетка
атом нарисовать строение число протонов в ядре строение электронных оболочек электронная формула конфигурация схема строения электронной оболочки заряд ядра состав масса орбита уровни модель радиус энергия электрона переход скорость спектр длина волны молекулярная масса объем атома
электронные формулы сколько атомов в молекуле свинца свинец 
сколько электронов в атоме свойства металлические неметаллические термодинамические 

 

 

Коэффициент востребованности 877

Электрическая проводимость металлов таблица

Электрическое сопротивление 1 метра провода (в Ом), сечением 1 мм², при температуре 20 С°. Формула: ρ = Ом · мм²/м.

Материал проводника	Удельное сопротивление ρ в Ом
Серебро	0.015
Медь	0.0175
Золото	0.023
Латунь	0,025. 0,108
Хром	0,027
Алюминий	0.028
Натрий	0.047
Иридий	0.0474
Вольфрам	0.05
Цинк	0.054
Молибден	0.059
Никель	0.087
Бронза	0,095. 0,1
Железо	0.1
Сталь	0,103. 0,137
Олово	0.12
Свинец	0.22
Никелин (сплав меди, никеля и цинка)	0.42
Манганин (сплав меди, никеля и марганца)	0,43. 0,51
Константан (сплав меди, никеля и алюминия)	0,44-0,52
Копель ( медно-никелевый сплав с 43% никеля и 0,5% марганца)	0.5
Титан	0.6
Ртуть	0.94
Хромель (хром 8,7—10 %; никель 89—91 %; кремний, медь, марганец, кобальт — примеси)	1.01
Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца)	1,05. 1,4
Фехраль	1,15. 1,35
Висмут	1.2
Хромаль (Сплав 4.5 – 6% алюминия, 17%-30% хрома, остальное железо)	1,3. 1,5

Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро. 1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм². Серебро — лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,0175 Ом. Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.

Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.

Сопротивление проводника можно определить по формуле:

где r — сопротивление проводника в омах; ρ — удельное сопротивление проводника; l — длина проводника в м; S — сечение проводника в мм².

В связи с тем, что существует два типа электрических сопротивлений —

В связи с электромагнитными явлениями, возникающими в проводниках при прохождении через него переменного тока в них возникает два важных для их электротехнических свойств физических явления.

Два последних явления делают неэффективным применение проводников радиусом больше характерной глубины проникновения электрического тока в проводник. Эффективный диаметр проводников (2RБ_хар): 50Гц -7 Ом. Используя микроомметры, можно определить качество электрических контактов, сопротивление электрических шин, обмоток трансформаторов, электродвигателей и генераторов, наличие дефектов и инородного металла в слитках (например, сопротивление слитка чистого золота вдвое ниже позолоченного слитка вольфрама).

Для расчета длины провода, его диаметра и необходимого электрического сопротивления, необходимо знать удельное сопротивление проводников ρ.

В международной системе единиц удельное сопротивление ρ выражается формулой:

Оно означает: электрическое сопротивление 1 метра провода (в Омах), сечением 1 мм 2 , при температуре 20 градусов по Цельсию.

Таблица удельных сопротивлений проводников

Материал проводника	Удельное сопротивление ρ в
Серебро Медь Золото Латунь Алюминий Натрий Иридий Вольфрам Цинк Молибден Никель Бронза Железо Сталь Олово Свинец Никелин (сплав меди, никеля и цинка) Манганин (сплав меди, никеля и марганца) Константан (сплав меди, никеля и алюминия) Титан Ртуть Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца) Фехраль Висмут Хромаль	0,015 0,0175 0,023 0,025. 0,108 0,028 0,047 0,0474 0,05 0,054 0,059 0,087 0,095. 0,1 0,1 0,103. 0,137 0,12 0,22 0,42 0,43. 0,51 0,5 0,6 0,94 1,05. 1,4 1,15. 1,35 1,2 1,3. 1,5

Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм 2 обладает сопротивлением 0,13 Ом. Чтобы получить 1 Ом сопротивления нужно взять 7,7 м такой проволоки. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро. 1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм 2 . Серебро — лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм 2 обладает сопротивлением 0,0175 Ом. Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.

Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.

Сопротивление проводника можно определить по формуле:

где r — сопротивление проводника в омах; ρ — удельное сопротивление проводника; l — длина проводника в м; S — сечение проводника в мм 2 .

Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм 2 .

Пример 2. Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм 2 .

Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.

Пример 3. Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 Ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм 2 . Определить необходимую длину проволоки.

Пример 4. Определить сечение 20 м нихромовой проволоки, если сопротивление ее равно 25 Ом.

Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм 2 и длиной 40 м имеет сопротивление 16 Ом. Определить материал проволоки.

Материал проводника характеризует его удельное сопротивление.

По таблице удельных сопротивлений находим, что таким сопротивлением обладает свинец.

Выше было указано, что сопротивление проводников зависит от температуры. Проделаем следующий опыт. Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки и включим эту спираль в цепь аккумулятора. Для измерения тока в цепь включаем амперметр. При нагревании спирали в пламени горелки можно заметить, что показания амперметра будут уменьшаться. Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.

У некоторых металлов при нагревании на 100° сопротивление увеличивается на 40 — 50 %. Имеются сплавы, которые незначительно меняют свое сопротивление с нагревом. Некоторые специальные сплавы практически не меняют сопротивления при изменении температуры. Сопротивление металлических проводников при повышении температуры увеличивается, сопротивление электролитов (жидких проводников), угля и некоторых твердых веществ, наоборот, уменьшается.

Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой платиновую проволоку, намотанную на слюдяной каркас. Помещая термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи.

Если при температуре t _{сопротивление проводника равно r, а при температуре t равно rt, то температурный коэффициент сопротивления}

Примечание. Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200°C).

Приводим значения температурного коэффициента сопротивления α для некоторых металлов (таблица 2).

Значения температурного коэффициента для некоторых металлов

Металл	α
Серебро Медь Железо Вольфрам Платина	0,0035 0,0040 0,0066 0,0045 0,0032	Ртуть Никелин Константан Нихром Манганин	0,0090 0,0003 0,000005 0,00016 0,00005

Из формулы температурного коэффициента сопротивления определим r_t:

Пример 6. Определить сопротивление железной проволоки, нагретой до 200°C, если сопротивление ее при 0°C было 100 Ом.

Пример 7. Термометр сопротивления, изготовленный из платиновой проволоки, в помещении с температурой 15°C имел сопротивление 20 Ом. Термометр поместили в печь и через некоторое время было измерено его сопротивление. Оно оказалось равным 29,6 Ом. Определить температуру в печи.

Электрическая проводимость

До сих пор мы рассматривали сопротивление проводника как препятствие, которое оказывает проводник электрическому току. Но все же ток по проводнику проходит. Следовательно, кроме сопротивления (препятствия), проводник обладает также способностью проводить электрический ток, то есть проводимостью.

Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику. Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные.

Из математики известно, что число, обратное 5, есть 1/5 и, наоборот, число, обратное 1/7, есть 7. Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой r, то проводимость определяется как 1/r. Обычно проводимость обозначается буквой g.

Электрическая проводимость измеряется в (1/Ом) или в сименсах.

Пример 8. Сопротивление проводника равно 20 Ом. Определить его проводимость.

Если r = 20 Ом, то

Пример 9. Проводимость проводника равна 0,1 (1/Ом). Определить его сопротивление,

Если g = 0,1 (1/Ом), то r = 1 / 0,1 = 10 (Ом)

Материалы высокой проводимости

К наиболее широкораспрстраненным материалам высокой проводимости следует отнести медь и алюминий (Сверхпроводящие материалы, имеющие типичное сопротивление в 10 -20 раз ниже обычных проводящих материалов (металлов) рассматриваются в разделе Сверхпроводимость).

Преимущества меди, обеспечивающие ей широкое применение в качестве проводникового материала, следующие:

1. малое удельное сопротивление;
2. достаточно высокая механическая прочность;
3. удовлетворительная в большинстве случаев применения стойкость по отношению к коррозии;
4. хорошая обрабатываемость: медь прокатывается в листы, ленты и протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до тысячных долей миллиметра;
5. относительная легкость пайки и сварки.

Медь получают чаще всего путем переработки сульфидных руд. После ряда плавок руды и обжигов с интенсивным дутьем медь, предназначенная для электротехнических целей, обязательно проходит процесс электролитической очистки.

В качестве проводникового материала чаще всего используется медь марок М1 и М0. Медь марки М1 содержит 99.9% Cu, а в общем количестве примесей (0.1%) кислорода должно быть не более 0,08%. Присутствие в меди кислорода ухудшает ее механические свойства. Лучшими механическими свойствами обладает медь марки М0, в которой содержится не более 0.05% примесей, в том числе не свыше 0.02% кислорода.

Медь является сравнительно дорогим и дефицитным материалом, поэтому она все шире заменяется другими металлами, особенно алюминием.

В отдельных случаях применяются сплавы меди с оловом, кремнием, фосфором, бериллием, хромом, магнием, кадмием. Такие сплавы, носящие название бронз, при правильно подобранном составе имеют значительно более высокие механические свойства, чем чистая медь.

Алюминий

Алюминий является вторым по значению после меди проводниковым материалом. Это важнейший представитель так называемых легких металлов: плотность литого алюминия около 2.6, а прокатанного — 2.7 Мг/м 3 . Т.о., алюминий примерно в 3.5 раза легче меди. Температурный коэффициент расширения, удельная теплоемкость и теплота плавления алюминия больше, чем меди. Вследствие высоких значений удельной теплоемкости и теплоты плавления для нагрева алюминия до температуры плавления и перевода в расплавленное состояние требуется большая затрата тепла, чем для нагрева и расплавления такого же количества меди, хотя температура плавления алюминия ниже, чем меди.

Алюминий обладает пониженными по сравнению с медью свойствами — как механическими, так и электрическими. При одинаковом сечении и длине электрическое сопротивление алюминиевого провода в 1.63 раза больше, чем медного. Весьма важно, что алюминий менее дефицитен, чем медь.

Для электротехнических целей используют алюминий, содержащий не более 0.5% примесей, марки А1. Еще более чистый алюминий марки АВ00 (не более 0.03% примесей) применяют для изготовления алюминиевой фольги, электродов и корпусов электролитических конденсаторов. Алюминий наивысшей чистоты АВ0000 имеет содержание примесей не более 0ю004%. Добавки Ni, Si, Zn или Fe при содержании их 0.5% снижают γ отожженного алюминия не более, чем на 2-3%. Более заметное действие оказывают примеси Cu, Ag и Mg, при том же массовом содержании снижающие γ алюминия на 5-10%. Очень сильно снижают электропроводность алюминия Ti и Mn.

Алюминий весьма активно окисляется и покрывается тонкой оксидной пленкой с большим электрическим сопротивлением. Эта пленка предохраняет металл от дальнейшей коррозии.

Алюминиевые сплавы обладают повышенной механической прочностью. Примером такого сплава является альдрей, содержащий 0.3-0.5% Mg, 0.4-0.7% Si и 0.2-0.3% Fe. В альдрее образуется соединение Mg₂Si, которое сообщает высокие механические свойства сплаву.

Железо и сталь

Железо (сталь) как наиболее дешевый и доступный металл, обладающий к тому же высокой механической прочностью, представляет большой интерес для использования в качестве проводникового материала. Однако даже чистое железо имеет значительно более высокое сравнительно с медью и алюминием удельное сопротивление; ρ стали, т.е. железа с примесью углерода и других элементов, еще выше. Обычная сталь обладает малой стойкостью коррозии: даже при нормальной температуре, особенно в условиях повышенной влажности, она быстро ржавеет; при повышении температуры скорость коррозии резко возрастает. Поэтому поверхность стальных проводов должна быть защищена слоем более стойкого материала. Обычно для этой цели применяют покрытие цинком.

В ряде случаев для уменьшения расхода цветных металлов применяют так называемый биметалл. Это сталь, покрытая снаружи слоем меди, причем оба металла соединены друг с другом прочно и непрерывно.

Натрий

Весьма перспективным проводниковым материалом является металлический натрий. Натрий может быть получен электролизом расплавленного хлористого натрия NaCl в практически неограниченных количествах. Из сравнения свойств натрия со свойствами других проводниковых металлов видно, что удельное сопротивление натрия примерно в 2.8 раза больше ρ меди и в 1.7 раз больше ρ алюминия, но благодаря чрезвычайно малой плотности натрия (плотность его почти в 9 раз меньше плотности меди), провод из натрия при данной проводимости на единицу длины должен быть значительно легче, чем провод из любого другого металла. Однако натрий чрезвычайно активен химически (он интенсивно окисляется на воздухе, бурно реагирует с водой), почему натриевый провод должен быть защищен герметизирующей оболочкой. Оболочка должна придавать проводу необходимую механическую прочность, так как натрий весьма мягок и имеет малый предел прочности при деформациях.

В этой статье раскроем тему электропроводности, вспомним о том, что такое электрический ток, как он связан с сопротивлением проводника и соответственно с его электропроводностью. Отметим основные формулы для вычисления данных величин, коснемся темы скорости тока и ее связи с напряженностью электрического поля. Также затронем связь электрического сопротивления и температуры.

Для начала вспомним о том, что же такое электрический ток. Если поместить вещество во внешнее электрическое поле, то под действием сил со стороны этого поля, в веществе начнется движение элементарных носителей заряда — ионов или электронов. Это и будет электрическим током. Сила тока I измеряется в амперах, и один ампер — это ток, при котором через поперечное сечение проводника протекает за секунду заряд, равный одному кулону.

Ток бывает постоянным, переменным, пульсирующим. Постоянный ток не меняет своей величины и направления в каждый конкретный момент времени, переменный ток с течением времени меняет свои величину и направление (генераторы переменного тока и трансформаторы дают именно переменный ток), пульсирующий ток меняет свою величину, но не меняет направления (например выпрямленный переменный ток является пульсирующим).

Вещества имеют свойство проводить электрический ток под действием электрического поля, и это свойство называется электропроводностью, которая у разных веществ различна. Электропроводность веществ зависит от концентрации в них свободных заряженных частиц, то есть ионов и электронов, не связанных ни с кристаллической структурой, ни с молекулами, ни с атомами данного вещества. Так, в зависимости от концентрации в веществе свободных носителей заряда, вещества по степени электропроводности подразделяются на: проводники, диэлектрики и полупроводники.

Наиболее высокой электропроводностью обладают проводники электрического тока, и по физической природе, проводники в природе представлены двумя родами: металлами и электролитами. В металлах ток обусловлен перемещением свободных электронов, то есть проводимость у них электронная, а в электролитах (в растворах кислот, солей, щелочей) — перемещением ионов — частей молекул, имеющих положительный и отрицательный заряд, то есть проводимость у электролитов ионная. Ионизированные пары и газы отличаются смешанной проводимостью, в них ток обусловлен движением и электронов и ионов.

Электронная теория отлично объясняет высокую электропроводность металлов. Связь валентных электронов с их ядрами в металлах слаба, потому эти электроны свободно перемещаются от атома к атому по объему проводника.

Получается, что свободные электроны в металлах заполняют пространство между атомами подобно газу, электронному газу, и находятся в хаотичном движении. Но при внесении металлического проводника в электрическое поле, свободные электроны станут двигаться упорядоченно, они переместятся по направлению к положительному полюсу, чем создадут ток. Таким образом, упорядоченное движение свободных электронов в металлическом проводнике называется электрическим током.

Известно, что скорость распространения электрического поля в пространстве примерно равна 300000000 м/с, то есть скорости света. Это та же скорость, с которой ток проходит по проводнику.

Что это значит? Это не значит, что каждый электрон в металле движется с такой огромной скоростью, электроны в проводнике напротив — имеют скорость от нескольких миллиметров в секунду до нескольких сантиметров в секунду, в зависимости от напряженности электрического поля, а вот скорость распространения электрического тока по проводнику как раз равна скорости света.

Все дело в том, что каждый свободный электрон оказывается в общем электронном потоке того самого «электронного газа», и во время прохождения тока, электрическое поле оказывает действие на весь этот поток, в итоге электроны непрерывно друг другу передают это действие поля — от соседа к соседу.

Но движутся электроны на своих местах очень медленно, несмотря на то, что скорость распространения электрической энергии по проводнику оказывается огромной. Так, когда на электростанции включают рубильник, ток мгновенно возникает во всей сети, а электроны при этом практически стоят на местах.

Однако, когда свободные электроны движутся по проводнику, они испытывают многочисленные столкновения на своем пути, они сталкиваются с атомами, ионами, молекулами, передавая им часть своей энергии. Энергия движущихся электронов, преодолевающих такое сопротивление, частично рассеивается в виде тепла, и проводник нагревается.

Эти столкновения служат сопротивлением движению электронов, потому свойство проводника препятствовать движению заряженных частиц и называют электрическим сопротивлением. При малом сопротивлении проводника проводник нагревается током слабо, при значительном — намного сильнее, и даже до бела, этот эффект применяется в нагревательных приборах и в лампах накаливания.

Единица изменения сопротивления — Ом. Сопротивление R = 1 Ом — это сопротивление такого проводника, при прохождении по которому постоянного тока в 1 ампер, разность потенциалов на концах проводника равна 1 вольту. Эталон сопротивления в 1 Ом — столб ртути высотой 1063 мм, сечением 1 кв.мм при температуре 0°С.

Поскольку проводникам характерно электрическое сопротивление, то можно сказать, что в какой-то степени проводник способен проводить электрический ток. В связи с этим введена величина, называемая проводимостью или электропроводностью. Электропроводность — это способность проводника проводить электрический ток, то есть величина, обратная электрическому сопротивлению.

Единица измерения электропроводности G (проводимости) — Сименс (См), и 1 См = 1/(1 Ом). G = 1/R.

Так как атомы различных веществ в разной степени препятствуют прохождению электрического тока, то и электрическое сопротивление у различных веществ разное. По этой причине введено понятие удельное электрическое сопротивление, величина которого «р» характеризует проводящие свойства того или иного вещества.

Удельное электрическое сопротивление измеряется в Ом*м, то есть сопротивление куба вещества с ребром в 1 метр. Таким же образом электропроводность вещества характеризуется удельной электропроводностью ?, измеряемой в См/м, то есть проводимость куба вещества с ребром в 1 метр.

Сегодня проводящие материалы в электротехнике используют в основном в виде лент, шин, проволок, с определенной площадью поперечного сечения и определенной длины, но не в виде метровых кубов. И для более удобных расчетов электрического сопротивления и электропроводности проводников конкретных размеров были введены более приемлемые единицы измерения как для удельного электрического сопротивления, так и для удельной электропроводности. Ом*мм2/м — для удельного сопротивления, и См*м/мм2 — для удельной электропроводности.

Теперь можно говорить, что удельное электрическое сопротивление и удельная электропроводность характеризуют проводящие свойства проводника площадью поперечного сечения в 1 кв.мм, длиной в 1 метр при температуре 20°C, это более удобно.

Лучшей электропроводностью обладают такие металлы как: золото, медь, серебро, хром, алюминий. Сталь и железо проводят ток хуже. Чистые металлы всегда обладают лучшей электропроводностью, чем их сплавы, поэтому чистая медь в электротехнике предпочтительней. Если нужно специально высокое сопротивление, то используют вольфрам, нихром, константан.

Зная величину удельного электрического сопротивления или удельной электропроводности, можно легко вычислить сопротивление или электропроводность конкретного проводника, изготовленного из данного материала, приняв в расчет длину l и площадь поперечного сечения S этого проводника.

Электропроводность и электрическое сопротивление всех материалов зависит от температуры , поскольку частота и амплитуда тепловых колебаний атомов кристаллической решетки с ростом температуры так же возрастает, соответственно возрастает и сопротивление электрическому току, потоку электронов.

При понижении температуры — наоборот, колебания атомов кристаллической решетки становятся меньше, сопротивление уменьшается (возрастает электропроводность). У одних веществ зависимость сопротивления от температуры выражена слабее, у других — сильнее. Например такие сплавы как константан, фехраль и манганин слабо меняют удельное сопротивление в определенном интервале температур, поэтому из них делают термостабильные резисторы.

Температурный коэффициент сопротивления ? позволяет вычислить для конкретного материала приращение его сопротивления при определенной температуре, и численно характеризует относительное приращение сопротивления при увеличении температуры на 1 °С.

Зная температурный коэффициент сопротивления и приращение температуры, можно легко вычислить удельное сопротивление вещества при заданной температуре.