Электрическая проводимость меди напрямую зависит от наличия в этом металле разнообразных примесей. Даже в случае добавления к нему небольшого количества мышьяка, сурьмы происходит резное падение величины электрической проводимости. Но не оказывает существенного влияния на эту физическую величину свинец, теллур, селен, мышьяк.
Особенности понятия
Электрическая проводимость меди ненамного меньше, чем у серебра, что делает этот металл востребованным в современной электротехнике.
Данная физическая величина является характеристикой способности вещества проводить электрический ток. Она связана с удельным электрическим сопротивлением металла прямо пропорциональной зависимостью.
Электрическое сопротивление меди в Ом⋅мм2/м составляет при температуре 20 градусов 0,017. По числовому значению это лишь незначительно меньше, чем у серебра.
Электрическая проводимость меди является величиной, обратной сопротивляемости, применяется для характеристики электротехнических свойств данного металла. Для ее измерения используют сименсы, соответствующие 1/Ом.
Получение меди
Поскольку медь проводит электричество, существует несколько способов изготовления данного металла. Полупроводниковую медь в настоящее время получают при гальванической очистке слитков в специальных электролитических ваннах. Большая часть медных изделий, применяемых в электротехнической промышленности, производится путем проката, волочения, прессовки.
При волочении создают провода, имеющие диаметр не больше 0,005 мм, тонкую фольгу, ленту до 0,1 мм.
Медная проводка востребована не только при возведении многоквартирных домов и офисных помещений, но и в частном строительстве.
Интересные сведения
Данный металл часто встречается в природе в виде крупных самородков. Еще в древние времена люди изготавливали из него украшения, посуду, оружие. Востребованность меди объясняется легкостью ее обработки, а также распространенностью в природе.
Первоначально процесс выделения металла из его соединений был достаточно примитивным, заключался в нагревании медной руды над костром, последующем резком охлаждении. Такая обработка приводила к растрескиванию кусков руды, что позволяло людям извлекать сам металл.
По мере совершенствования технологических процессов обработки металлических руд в костры стали подавать воздух, чтобы повышать температуру нагревания природного соединения. Постепенно процесс начали осуществлять в специальных конструкциях, которые стали прототипами современных шахтных печей.
Результаты археологических раскопок свидетельствую о том, что изделия из меди использовались уже в 10 тысячелетии до нашей эры.
Природные соединения
Медные провода для проводки в настоящее время изготавливают из нескольких видов руд, распространенных в природе. Например, в составе борнита - около 65 процентов металла, в халькозине – до 80 %, а в медном колчедане (халькопирите) количество меди не превышает 30 процентов.
Физические свойства
Высокая электрическая проводимость меди является одним из важнейших свойств данного металла. Его окраска меняется от бледно-розового оттенка до насыщенного красного цвета. Медь является переходным материалом, обладающим высокой тепло- и электропроводностью.
Линейное термическое расширение этого металла составляет 0,00000017 единицы. Медные изделия имеют при растяжении предел прочности 22 кг⋅с/мм2. Удельный вес металла - 8,94 г/см3, твердость по шкале Бринелля - 35 кгс/мм2. Среди важных физических характеристик данного металла следует отметить модуль упругости, составляющий 132 000 мН/м2.
Уникальными являются и магнитные свойства этого металла, являющегося полностью диамагнитным веществом.
Температурный коэффициент сопротивления меди при комнатной температуре равен 4,3 α (10-3/K).
Удельная проводимость, ковкость сделали данный металл востребованным в изготовлении различных элементов для электротехники. Схожими физическими характеристиками обладает алюминий, поэтому он является сырьем для создания кабелей, проводов в современном электротехническом производстве.
Химические свойства
Сопротивление меди, способность данного металла проводить электрический ток объясняются особенностями строения атома этого химического элемента. Медь располагается в побочной подгруппе первой группы таблицы Менделеева, является d-элементом.
Сопротивление меди связано с электронами, располагающимися на внешнем энергетическом уровне. Особенности строения объясняют и специфику химических свойств данного металла. При незначительной влажности медь является достаточно инертным веществом, не проявляет высокой химической активности.
При эксплуатации медных изделий в условиях высокой влажности и присутствия углекислого газа происходит окисление металла.
На поверхности изделия появляется зеленоватая пленка карбоната и гидроксида меди (2), а также разнообразные сернистые соединения. Данную пленку называют патиной, она помогает защищать изделие от последующего химического разрушения.
При повышении температурного значения происходит образование медной окалины (оксида), что негативно отражается на электрической проводимости.
Медь легко вступает во взаимодействие с элементами, относящимися к подгруппе галогенов.
Если внести в металл пары серы, наблюдается воспламенение. Медь инертна к азоту, водороду, углероду даже при повышенных температурных значениях.
Интерес с технической точки зрения представляет взаимодействие этого металла с солями железа, приводящими к его восстановлению. Это химическое свойство позволяет снимать с изделий медное напыление.
Медь образует разнообразные комплексные соединения, которые отличаются высокой стойкостью.
Области использования
Применение данного металла связано с его высокой электрической проводимостью. Например, из него выпускают кабель. Медь имеет небольшое сопротивление, уникальные магнитные свойства, легкую механическую обрабатываемость, поэтому востребована в инженерных коммуникациях и административных зданиях. Способность проводить тепло позволяет применять этот материал для создания тепловых трубок, систем охлаждения и отопления воздуха.
Именно медь – материал, который незаменим при производстве кулеров, используемых для понижения температуры персональных компьютеров. Металлические конструкции, которые содержат медные элементы, имеют незначительный вес, отличные декоративные свойства, поэтому подходят и для применения в архитектуре, и для изготовления разнообразных декоративных элементов в интерьере, и для создания электрических проводов.
Особенности проводников
Для того чтобы понять суть электрической проводимости, остановимся на характеристике проводников. К ним относятся материалы, способные проводить электрический ток. Медь относится к проводникам первого рода, поскольку при повышении температуры наблюдается снижение электрической проводимости. На качество проводникового материала влияют механические, тепловые, электрические свойства. Для такого металла, как медь, все эти показатели имеют неплохие значения, что делает металл востребованным в различных сферах электротехники.
Пластичность меди, легкость ее обработки, хорошая вязкость, химическая стойкость позволяют создавать из данного металла разные виды изделий для технических нужд.
Разновидности
Для изготовления черновой меди применяют электролитическое восстановление металла из раствора медного купороса. Чистый металл необходим для радио- и электротехники. В зависимости от процентного содержания примесей, выделяют марки: М0 и М1. В первом случае количественное содержание чистого металла составляет 99,95 процента, для второго варианта – 99,9 процента.
Среди основных физических свойств, которыми характеризуются данные марки меди, отметим:
- плотность 8900 кг/м3;
- температура плавления 1083 °С;
- высокая механическая прочность;
- отличная обрабатываемость;
- высокое удельное сопротивление 1,7241⋅10-8 Ом⋅м.
При введении примесей в состав чистого металла существенно увеличивается величина удельного сопротивления, при этом снижается электрическая проводимость.
Например, в случае введения 0,5 % алюминия и никеля удельное сопротивление возрастает на 40 процентов.
Заключение
Медь отличается от других проводников тока высокой электрической проводимостью, низким показателем сопротивления, что делает ее востребованной в современном электротехническом производстве.
Токопроводящие проводниковые жилы, кабели, фольгированный гетинакс для печатных устройств, листы, полосы, проволока - это далеко не полный перечень тех изделий, которые создают из меди.
Помимо широкого использования самого металла применение находят и ее основные сплавы. К примеру, кадмиевая бронза используется для создания коллекторных пластин и электрических контактов.
Фосфористая бронза нужна для производства пружин в аппаратах и электронных приборах. Смесь меди с бериллием позволяет создавать зажимы, скользящие контакты, токоведущие пружины.
Оловянистую бронзу называют телефонной, поскольку именно из нее создают проволоку, используемую для телефонного кабеля.
Из медно-цинковых сплавов производят полосы и листы. Данный материал имеет большее удельное электрическое сопротивление, поэтому сплав обладает большой прочностью.
Среди многочисленных сфер применения меди особое значение представляет электротехническая промышленность. Из этого металла создают электрические провода разного диаметра, размера, подходящие для изготовления современных электрических и радиоприборов высочайшей точности. Для повышения электрической проводимости инженеры следят за чистотой металла, не допускают проникновения дополнительных примесей.
