Электронные свойства металлов электропроводность металлов

Электрические свойства металлических сплавов

Электрические свойства металлов характеризуются электропроводностью и обратным ей свойством – электрическим сопротивлением. Хорошей электропроводностью и соответственно невысоким электрическим сопротивлением обладает серебро, медь, алюминий. Наименьшую величину электрического сопротивления среди технических металлов имеет медь (1,67·10 -4 Ом · м). У алюминия оно в 1,6, а у железа в 5,8 раза больше. Электропроводность и температурный коэффициент электросопротивления у твердых растворов ниже, чем у чистых металлов

Из электрических свойств основными считают удельную электропроводность или обратную ей величину – удельное сопротивление r (Ом×м) и температурный коэффициент удельного сопротивления ТКr

Наряду с чистыми металлами, на практике часто используют металлические сплавы. Получение сплава можно в некоторой степени считать введением примеси в металл, при котором концентрация атомов примеси соизмеряется с концентрацией основного вещества. При этом теряется смысл в разделении вещества на примесь и основу. Удельное сопротивление сплава должно быть всегда больше, чем удельное сопротивление отдельных компонент, так как происходит взаимообусловленное нарушение периодичности кристаллических структур. В отличие от чистых металлов, остаточная составляющая удельного сопротивления сплава может во много раз температуронезависимую составляющую.

Для простоты рассмотрим сплавы, содержащие два компонента А и В. для сплавов типа физического раствора температуронезависимая остаточная составляющая достаточно хорошо описывается параболической зависимостью Нортгейма:

где ХА и ХВ – атомные доли компонентов А и В в сплаве; С – константа, зависящая от природы сплава.

Сплавы имеют значительно более высокие значения удельного сопротивления, чем чистые металлы. С другой стороны, сплавы термостабильнее чистых металлов, то есть, их ТКr существенно ниже. Оба этих свойства можно использовать для изготовления резисторов – проволочных и плёночных.

Закон Нортгейма и соотношение для ТКρ хорошо выполняются лишь для сплавов, представляющих собой физический раствор компонент А и В (смесь фаз). В ряде случаев, растворы могут образовывать так называемые интерметаллические соединения – по сути, новые химические вещества со своей кристаллической структурой, в которой атомы двух компонент строго упорядочены. Например, в сплавах Mg – Zn могут образовываться следующие соединения MgZn, Mg2Zn3, Mg2Zn4, Mg2Zn6 с регулярными собственными кристаллическими системами. На диаграммах «свойство-состав» таких сплавов на фоне общего максимума, при определённых соотношениях в составе, наблюдаются резкие провалы, соответствующие чистой металлической фазе .

Читайте также:  Электропила сабельная для металла

вопрос 56. Расчет теплообмена при турбулентном течении в пограничном слое: аналогия Рейнольдса

Аналогия Рейнольдса — аналогия между переносом тепла и трением.

Рассмотрим уравнения движения и теплопереноса (при условии, что пользуемся приближением пограничного слоя и отсутствует градиент давления):

Обезразмерим их соответственно множителями и , где l — характерный размер задачи:

Решив эти уравнения, получим выражения для нарастания динамического и теплового пограничных слоёв:

Отсюда следует, что

Применительно к газам это соотношение указывает на отсутствие большой разницы между толщиной теплового и динамического пограничных слоёв. Полученные соотношения иногда также называют аналогией Рейнольдса, однако, их стоит рассмотреть глубже. Запишем безразмерный коэффициент трения в следующем виде:

где — местное касательное напряжение на стенке. Сопоставляя это соотношение с соотношениями для числа Нуссельта, получаем

Это выражение и есть суть аналогии Рейнольдса.

В инженерной практике вместо числа Нуссельта часто используется число Стантона, величина которого также пропорциональна коэффициенту теплопередачи. Пользуясь теми же соотношениями, можно получить, что

Таким образом, можно сделать вывод о том, что без трения нет теплообмена. Для пластины поток тепла можно выразить следующей формулой:

С ростом потока массы пропорционально возрастает величина теплового потока, однако сопротивление трения повышается пропорционально квадрату скорости, т. е. при такой интенсификации теплообмена его эффективность по отношению к гидравлическим потерям понижается.

Возрастает величина теплового потока при повышении плотности и теплоёмкости. Для реализации этого воздействия можно использовать вещества с высоким значением произведения (вода, жидкие металлы), а также повышать давление газовой среды.

Наиболее распространенным способом интенсификации теплообмена является повышение коэффициента трения или общего гидравлического сопротивления теплообменного устройства. Для этого на поверхности, на которой происходит теплообмен, выполняются неровности и выступы.

вопрос 57. Электрический ток. Характеристики тока. Уравнение непрерывности. Законы стационарного тока: Закон Ома, Джоуля-Ленца.

Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц, в процессе которого происходит перенос электрического заряда.

Источник

Применение электрического тока в металлах

Практически все металлы можно рассматривать, как проводники электрического тока. Это обусловлено их строением, представляющим собой кристаллическую пространственную решетку. Узлы этой решетки совпадают с центрами положительных ионов, вокруг которых наблюдается хаотическое движение свободных электронов. Этим объясняется явление проводимости, благодаря которому применение электрического тока в металлах получило наиболее широкое распространение.

Физические свойства металлов

Свойства металлов полностью зависят от их внутреннего строения. Твердое состояние металлов представляет собой кристаллическую решетку пространственного типа, где кристаллы расположены упорядоченно. Как уже было отмечено, между узлами кристаллической решетки наблюдается движение свободных электронов.

Абсолютное значение их отрицательных зарядов совпадает с положительным зарядом всех ионов, расположенных в узлах кристаллической решетки. Когда через проводник пропускается электрический ток, ионы остаются на своем месте. Происходит перемещение свободных электронов, одинаковых в любом веществе.

Читайте также:  Плавиковой кислотой с металлами

Электрический ток в металлах: применение

То, что в металлах существуют электроны, проводящие ток, было доказано очень давно. Прежде всего, эти полезные свойства используются при передаче электроэнергии от источника к потребителям. В основе работы генераторов и электродвигателей также используются физические свойства металлов. Они применяются и в нагревательных приборах всех типов, предназначенных для промышленного производства и домашних условий.

Таким образом, электрический ток в металлах является упорядоченным движением свободных электронов, на которые воздействует электрическое поле. При его отсутствии, движение электронов становится хаотичным, подобно движению молекул жидкостей или газов. Однако, при наличии в проводнике электрического поля, происходит смещение электронов к положительному полюсу источника тока, то есть их движение становится упорядоченным.

Сами электроны в проводнике перемещаются с невысокой скоростью, в отличие от электрического поля, которое перемещается в проводнике со скоростью, приближающейся к скорости света. Именно эта величина служит показателем скорости распространения в проводнике электрического тока.

Электрический ток в металле: электронная проводимость

Таблица электрического тока в различных средах

Электрический ток – сила тока

Проводники и диэлектрики в электрическом поле

Источник

Электрические свойства металлов и сплавов

Токовыми проводниками являются твердые вещества, жидкости и даже газы. Твердые проводники — это металлы, металлические сплавы и некоторые модификации углерода.

Жидкие проводники включают расплавленный металл и электролиты. Как правило, температура плавления металлов высокая, за исключением ртути, -39 ° С. Точка плавления (29,8 ° С), близкая к комнатной температуре, содержит галлий.

Другие металлы являются проводниками жидкости при высоких температурах или только при высоких температурах. Механизм прохождения тока через твердые и жидкие металлы обусловлен движением свободных электронов, и в результате их называют проводниками с электронной проводимостью.

Основные характеристики проводника включают удельное электрическое сопротивление и температурный коэффициент сопротивления.

  • Удельное электрическое сопротивление проводника — это сопротивление провода длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 мм2 и температурой 20 ° С.
  • Коэффициент температуры сопротивления-A коэффициент, равный относительному изменению сопротивления, когда температура изменяется один раз.

Электрические свойства металлов характеризуются электрической проводимостью и наоборот — электрическим сопротивлением. Серебро, медь и алюминий имеют хорошую электропроводность и, следовательно, низкое электрическое сопротивление.

Из электрических характеристик основной является удельная проводимость или ее обратно-удельное сопротивление и температурный коэффициент удельного сопротивления.

  • Помимо чистого металла на практике часто используются металлические сплавы. При производстве сплавов могут учитываться некоторые примеси в металлах, где концентрация атомов примеси сбалансирована с концентрацией основных веществ.
Читайте также:  Чем проверить состав металла

В этом случае смысл теряется, когда вещество разделяется на примеси и основания. Из-за взаимозависимых нарушений периодичности кристаллической структуры удельное сопротивление сплава всегда должно быть больше удельного сопротивления отдельных компонентов.

В отличие от чистых металлов, остаточный компонент удельного сопротивления сплава во много раз выше независимого от температуры компонента.

Сплавы имеют значительно более высокое удельное сопротивление, чем чистые металлы. С другой стороны, сплавы более стабильны, чем чистые металлы, то есть значительно ниже. Оба эти свойства могут быть использованы при изготовлении резисторов из проволоки и пленки.

Связь с законом Нортхайма удовлетворительно соблюдается только для сплавов, которые являются физическими растворами компонентов A и B (фазовые смеси). В некоторых случаях раствор может образовывать так называемые интерметаллические соединения. Фактически, это новый химикат с собственной кристаллической структурой, в которой атомы двух компонентов строго выровнены.

Например, следующие соединения могут быть получены из сплавов с обычной внутренней кристаллической системой: Свойства. На диаграмме состава такого сплава на общем максимальном фоне наблюдается резкий провал, соответствующий фазе чистого металла, при определенной пропорции состава.

Черные и цветные металлы и различные сплавы широко используются при изготовлении и ремонте электрооборудования. Цветные металлы (чугун, сталь) используются в качестве конструкционного материала для стеллажей электрических машин, резервуаров, кожухов трансформаторов, оснований, носков, электрооборудования и других узлов и деталей.

Производство магнитных сердечников, трансформаторов и сердечников электрических машин и оборудования требует специальной электротехнической стали. Промышленность производит много марок стальных листов, которые имеют разные магнитные и электрические свойства.

Свойства стали могут быть изменены путем изменения содержания кремния, основного легирующего элемента, и с помощью специальных технических приемов.

Обычно низкокремнистая сталь обладает низкой магнитной проницаемостью и высокими удельными потерями. Однако его отличает большое значение магнитного насыщения.

  • Низкокремнистая сталь преимущественно используется для переменного тока высокой индукции и низкой частоты.
  • Высококремнистая сталь используется, когда важно уменьшить гистерезис и потери на вихревые токи или получить высокую проницаемость в слабых и средних магнитных полях.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник

Поделиться с друзьями
Металл