Внимание! Если Вы обнаружили ошибку на сайте, то выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
|
|
Он использовал данный сплав в качестве материала для катушек электроизмерительных приборов, сопротивление которого не зависит от температуры. Изобретатель назвал его «Сплав №2», но немецкие производители, у которых он разместил заказ на производство проволоки из нового материала, дали ему собственное наименование «Константан» под которым он известен в настоящее время.
Нить и проволока также применяются в электротехнике и приборах для измерения температуры.Константан, константановая проволока
Завод цветных металлов «Уралпрокат» производит прокат из константана, в т.ч. неизолированную холоднотянутую константановую проволоку круглого сечения марки сплава МНМц 40-1,5, по ГОСТ 5307-77.
Чтобы купить проволоку МНМц, звоните в отдел продаж по телефонам: +7 (3439) 31-99-00, 31-99-11, либо отправляйте запрос на эл. адрес: [email protected].
Отгрузка проволоки происходит со склада в г. Каменск-Уральский, Свердловской области, отправка авто- и ж/д транспортом (в т.ч. контейнерами). Условия поставки/оплаты, цены и проч. обсуждаются и зависят от срока сотрудничества и объема отгрузки.
Цены на константановую проволоку
Константан принадлежит к группе медно-никелевых сплавов (медь — 59%, никель — ~40%, марганец 1-2%). Он обладает значительным удельным сопротивлением по току и некоторыми другими уникальными свойствами.
Сплав обрабатывается легко различными способами. Его сортамент реализуется в виде константановой проволоки, ленты или полосы.
Область применения константана
Основной сферой применения константана является изготовление термопар, металлопленочных резисторов, электронагревательных приборов с температурой работы до 500 °C и др. Константан широко применяется в пирометрии в виде проволоки, менее в форме ленты или круга для производства терморегуляторов и компенсационных кабелей.
Форма реализации
Сплав константана имеет марку МНМц 40-1.5 и выпускается дополнительно в виде ленты, толщиной 0,1 мм. Основная форма выпуска – неизолированная проволока, намотанная на катушку, диаметром 0.2-5 мм. Константановая проволока производится согласно ГОСТ 1791-67, лента – ГОСТ 5189-75.
Характеристики и свойства константановой проволоки
Константан обладает мягким желто-серебристым цветом. Плотность материала 8800-8900 кг/м3. Значение удельного сопротивления ~0.
5 мкОм·м, температуры плавления – 1350 °C, температуры отжига – 950 °C, температура горячей термообработки – 1170 °C. Коэффициент теплового расширения равен 14.4*10-6 °C−1. Высокая степень пластичности (благодаря наличию никеля в составе). Высокая коррозионная устойчивость. Обладает минимально возможным значением температурного коэффициента сопротивления и большим значением термоэлектродвижущей силы.
Константановая проволока весьма податлива в обработке, легко подвергается сварке, штамповке и спайке, очень просто деформируется. После определенной термообработки поверхность материала покрывается прочной окисной пленкой с превосходными электроизоляционными характеристиками, что позволяет не выполнять дорогие процедуры по покрытию поверхности лаком или нанесению изоляции.
Константан достаточно тверд до отжига и обладает следующими параметрами: сопротивлением в диапазоне 0.46-0.52 мкОм*мм2/м, твердостью 650-720 МПа. После стабилизирующего отжига материал весьма смягчается и принимает другие значения: сопротивление меняется в пределах 0.
45-0.48 мкОм*мм2/м, твердость 400-500 МПа. Вместе со смягчением после процесса отжига повышается коэффициент теплового расширения до 2*10-6 1/К. При этом, удельное сопротивление не претерпевает изменений.
Химический состав сплава константан МНМц 43−1,5
| Ni+Co | Примесей | Si | Mn | Cu | C | Fe |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 39.00-41.00% | всего 0.90% | max 0.10% | 1.00-2.00% | 56.10-60.00% | max 0.10% | max 0.50% |
Физические свойства константанового сплава МНМц 43−1,5 при температуре 20 °C
| Твердость, мягкий сплав HB 10 -1/МПа | 480 |
| Темп-ра плавления/°C | 1350 |
| Твердость, твердый сплав HB 10 -1/МПа | 720 |
| Темп-ра отжига/°C | 950 |
| Темп-ра горячей обработки/°C | 1170 |
Физические свойства сплава МНМц40-1.
5
| T Град | E 10— 5 | l | R 10 9 | a 10 6 1/Град | r |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 1.66 Мпа | 21 Вт/(м·град) | 480 Ом·м | 8900 кг/м3 | |
| 100 | 14.4 |
Изготовление константановой проволоки
Изготовление константановой проволоки осуществляется в строгом соответствии с технологическим регламентом. Для производства проволоки используется константан марки МНМц40-1,5. По химическому составу он подчиняется ГОСТ 492—73.
В зависимости от состояния сплава проволок выпускается в двух модификациях:
- значение диаметра до 0,09 мм – только твердая;
- значение диаметра более 0,09 мм – твердая и мягкая.
Требования к качественным показателям: необходимо, чтобы поверхность была чистая и гладкая, отсутствовали трещины, расслоения. Допускается наличие лишь отдельных поверхностных деформаций, размеры которых не превышают предельных отклонений (после финальной зачистки).
Кроме того, допустимо наличие на поверхности изделия (мягкая проволока) цвета побежалости и участков с локальным окислением. По пожеланию заказчика, мягкую проволоку (диаметр 0,5 мм и более), предназначенную для последующего волочения, можно изготовить со светлой поверхностью. Значение удельного сопротивления материала не должно сильно отличаться от значений, приведенных в таблице.
Допустимые значения удельного сопротивления константана
| Состояние сплава | Уд. сопротивление (20-25 оС), мкОм*м |
|---|---|
| Мягкая | 0,465±0,015 |
| Твердая | 0,490±0,030 |
История открытия сплава
Константан был открыт американским инженером и изобретателем Эдвардом Вестоном в 1887 году.
Он дал ему название «Сплав номер 2», но немецкие производители, исполнители первых промышленных заказов на этот сплав, присвоили ему свое название «Константан» (от лат. “const” – «постоянный»), которое и закрепилось за ним. Получен был сплав в виде материала, сопротивление которого не зависит от значения температуры, что было столь необходимым свойством в производстве электроизмерительных приборов.
Проводниковые материалы с большим удельным сопротивлением | Электроматериаловедение | Архивы
Страница 11 из 59
ГЛАВА III.
ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ С БОЛЬШИМ УДЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ
§ 14. Общие требования
В. ряде случаев от проводниковых материалов требуется высокое удельное сопротивление и малый температурный коэффициент сопротивления. Перечисленными свойствами обладают сплавы на основе меди, никеля и марганца, а также других металлов. Из чистых металлов сюда следует отнести ртуть, так как она обладает большим удельным сопротивлением (q = 0,94 ом-мм2/м) .
Наибольшее применение имеют проводниковые сплавы с большим удельным сопротивлением (q = 0,42—0,52 ом-мм2/м). Проволока и ленты из этих сплавов применяются для изготовления точных (образцовых) сопротивлений, пусковых и регулирующих реостатов, электронагревательных приборов и электрических печей сопротивления. В каждом из перечисленных случаев применения эти сплавы должны иметь дополнительные свойства, определяемые назначением прибора, в котором он используется. Так, сплавы, применяемые для изготовления точных сопротивлений, должны еще обладать малой термоэлектродвижущей силой (термо-э. д. с.) при контакте (в паре) с медью. Кроме того, они должны обеспечивать постоянство электрического сопротивления во времени. Для таких областей применения, как электронагревательные приборы, электрические печи сопротивления и другие устройства, работающие при высоких температурах (800—1100° С), требуются проводниковые материалы, могущие длительно работать при высоких температурах без заметного окисления.
Этим требованиям удовлетворяют жаростойкие проводниковые сплавы.
Общим же свойством всех перечисленных сплавов является их большое удельное электрическое сопротивление, поэтому они называются сплавами высокого электрического сопротивления. Эти сплавы представляют собой твердые растворы металлов с неупорядоченной структурой . Они удовлетворяют перечисленным выше требованиям.
§ 15. Проводниковые сплавы высокого сопротивления на основе меди и никеля
Проводниковыми сплавами, применяемыми для изготовления точных (образцовых) сопротивлений, являются манганины. Они состоят из меди (Cu), марганца (Mn) и никеля (Ni). Наиболее распространенным является манганин состава: Cu 86%; Mn 12%; Ni 2%. Вообще сплавы типа манганина могут содержать: Cu 84— 86%; Mn 11—13%; Ni 2—3%.
Для стабилизации свойств в манганины вводят: серебро (0,1%), железо (0,2 + 0,5%) и алюминий (0,2 + 0,5%). Цвет манганинов светло-оранжевый. Среднее значение плотности 8,4 г/см3, температура плавления 960°С или несколько выше.
Из манганинов изготовляют мягкие и твердые сорта проволоки*. Основные характеристики мягкой (отожженной) проволоки: предел прочности при разрыве аь =45 + 50 кГ/мм2; относительное удлинение б„ = 10—20%, удельное сопротивление q = 0,42-+ + 0,52 ом-мм2/м. Основные характеристики твердой манганиновой проволоки: аь =50 + 60 кГ/мм2; бл = 5 + 9%; q = 0,43 + 0,53 ом-мм2/м. Из сплавов типа манганина изготовляют проволоку и ленту.
* ПММ — проволока манганиновая мягкая; ПМТ — проволока манганиновая твердая; ПМС — проволока манганиновая стабилизированная.
Манганиновая проволока выпускается диаметром от 0,02 до 6,0 мм. Манганиновая лента выпускается толщиной от 0,09 мм и больше. У манганиновых изделий (проволока, ленты) температурный коэффициент сопротивления находится в пределах а=(3 + 5)х 10-5 1/° С; у стабилизированных сортов манганина а-(0 + 1,5)х Х10-» 1/°С.
Эти данные показывают, что манганин имеет весьма малую зависимость электрического сопротивления от температуры, что очень важно для обеспечения постоянства величины сопротивления в точных электроизмерительных устройствах.
Вторым достоинством манганина является очень малая термо-э. д. с., развиваемая этим сплавом в контакте с медью, которая равна 0,9—1,0 мкв/град.
Для стабилизации электрических свойств манганиновой проволоки ее подвергают тепловой обработке в вакууме, заключающейся в выдержке в течение 1—2 ч при 400° С и длительном выдерживании при комнатной температуре. В результате этого улучшается однородность сплава и стабилизируются его свойства.
Наибольшая допустимая рабочая температура для манганина 200° С, но у нестабилизированных сортов манганина, начиная с 60° С, уже наблюдается необратимое изменение свойств. Поэтому сопротивления из нестабилизированной манганиновой проволоки не рекомендуется нагревать выше 60°С. Минимальная температура для проводов из манганина равна — 60° С.
Кроме голой манганиновой проволоки, мягкой и твердой, наша промышленность выпускает манганиновые обмоточные провода с эмалевой высокопрочной изоляцией (марки: ПЭВММ-1; ПЭВММ-2; ПЭВМТ-2) и с другими видами эмалевой изоляции .
Кроме того, выпускаются манганиновые провода с изоляцией из натурального шелка (марки: ПШДММ и ПШДМТ), а также провода, изолированные двумя слоями волокнистой изоляции из лавсана (марки ПЛДММ), и другие.
Константин также относится к медно-никелевым сплавам, но в отличие от манганина содержит значительно больше никеля. В состав сплавов типа константана входят: медь 60—65%, никель 41—* 39% и марганец 1—2%.
Характерной особенностью константана является очень незначительная величина его температурного коэффициента сопротивления. Практически он принимается равным нулю (а = 0). Поэтому электрическое сопротивление константана не изменяется с изменением температуры, что является достоинством сплава.
Цвет константана серебристо-белый, температура плавления его 1270° С, среднее значение плотности 8,9 г/см3. Из константана изготовляют мягкие и твердые сорта проволоки диаметром от 0,02 до 5,0 мм.
Основные характеристики мягкой (отожженной) константановой проволоки: аь =45-ь65 кГ/мм2; q = 0,46-=-0,48 ом-мм2/м. Характеристики твердой проволоки: сг& =65-=-70 кГ/мм2; д=0,48-ь -ь0,52 ом-мм2/м. Константан в паре с медью создает большую термо-э. д. с., равную 39 мне/град, что не дает возможности применять константан в точных сопротивлениях и электроизмерительных приборах.
Константановая проволока применяется для изготовления реостатов и термопар. В термопарах константановая проволока чаще всего используется в паре с медной. Спай константановой и медной проволоки при нагреве развивает значительную по величине термо- э. д. с., что дает возможность измерять температуры до 300° С. При температурах выше 300° С начинается сильное окисление меди. Заметное окисление голой константановой проволоки начинается при температурах от 500° С и выше.
Кроме голой (неизолированной) константановой проволоки, наша промышленность выпускает константановые обмоточные провода с высокопрочной эмалевой изоляцией (марки: ПЭВКМ-1; ПЭВКМ-2; ПЭВКТ-1; ПЭВКТ-2), провода, изолированные двумя слоями пряжи из натурального шелка (марка ПШДК) или лавсана (марка ПЛДК), а также провода, изолированные эмалью и одним слоем натурального шелка, или лавсанового волокна (марки ПЭШОК; ПЭЛОК и др.).
При нагревании голой константановой проволоки до 900° С в течение нескольких секунд и последующего охлаждения на воздухе на ее поверхности образуется сплошная пленка из окислов. Эта оксидная пленка имеет темно-серый цвет и обладает электроизоляционными свойствами. Она используется в качестве естественной изоляции между витками константановой проволоки, например в реостатах, где напряжение между витками не превосходит нескольких вольт.
§ 16. Жаростойкие проводниковые сплавы
Для нагревательных элементов, применяемых в электронагревательных приборах и печах сопротивления, необходимы проволока и ленты, могущие длительно работать при температурах от 800 до 1200°С. Описанные ранее чистые металлы (медь, алюминий и др.), а также сплавы (манганин и константан) непригодны для этого, так как интенсивно окисляются, начиная с температуры 300— 500° С. Образующиеся на них защитные пленки окислов легко испаряются и не защищают металл от дальнейшего окисления.
Для электронагревательных приборов нужны жаростойкие проводниковые сплавы высокого сопротивления, т. е. стойкие к окислению при высоких температурах. Кроме того, эти сплавы должны обладать большим удельным сопротивлением и малой величиной температурного коэффициента сопротивления а.
Перечисленным требованиям удовлетворяют сплавы двух типов: двойные сплавы на основе никеля (Ni) и хрома (Сг), называемые нихромами, и тройные сплавы на основе никеля, хрома и железа, называемые ферронихромами. Кроме того, находят применение тройные сплавы железа, хрома и алюминия, называемые фехралями и хромалями. Эти сплавы отличаются различным содержанием составляющих их компонентов и соответственно разной жаростойкостью и электрическими характеристиками.
Таблица 5 Состав и основные свойства жаростойких проводниковых сплавов*
Марка сплава |
хром Сг |
никель Ni |
алюминий Al |
титан Ti |
железо Fo |
Удельное сопрот- |
Температу-рный коэффи-циент сопрот- |
Допусти мая температура, 0 С |
Х15Н60 |
15—18 |
55—61 |
|
|
Остальное |
1,02—1,15 |
12 |
900—1000 |
Х20Н80 |
20—25 |
75—80 |
— |
— |
_ |
1,02—1,12 |
10 |
1000—1100 |
Х20Н80ТЗ . |
19—23 |
Осталь-ное |
— |
2,0—2,9 |
До 2,5 |
1 ,18—1,36 |
5 |
1000—1150 |
Х20Н80Т |
19—23 |
» |
— |
0,4—1,1 |
|
1,04—1 ,17 |
9 |
950—1100 |
Х1310+4. |
12—15 |
|
3,5—5,5 |
|
Остальное |
1.2—1,3 |
15 |
800—850 |
1Х1710+5. |
16—19 |
До 0,6 |
4—6 |
— |
|
1,2—1,5 |
6 |
950—1000 |
ОХ2510+5 |
23—27 |
0,6 |
4,5—6,5 |
— |
> |
1,3-1,5 |
5 |
1100—1200 |
У сплавов, перечисленных в таблице» плотность колеблется от 6,8 до 8,4 г/см*, а предел прочности при растяжении — от 65 до 80 кГ/мм2 (при 20е С).
Все перечисленные сплавы представляют собой твердые растворы металлов неупорядоченной структуры *. При нагревании этих сплавов на их поверхности образуется плотная защитная пленка, состоящая в основном из окиси хрома (Сг203) и закиси никеля NiO. Эта пленка устойчива при высоких температурах (900— 1100° С) и она надежно защищает сплавы от соприкосновения их с кислородом воздуха. Этим обеспечивается длительная работа проволоки и лент, изготовленных из жаростойких сплавов.
В табл. 5 приведены основной состав и свойства жаростойких сплавов высокого электрического сопротивления, широко применяемых на практике.
В марках сплавов буквы обозначают главные части сплава: хром (X), никель (Н), алюминий (Ю) и титан (Т). Цифра, стоящая за соответствующей буквой, указывает (в среднем) количество этого металла в сплаве. Например, в нихроме марки Х20Н80 содержится хрома 20%. а никеля 80% (по весу). В то же время в обозначениях марок сплавов невозможно отразить точное содержание всех компонентов сплава.
Кроме основных компонентов, перечисленных в табл. 5, в состав жаростойких сплавов входят еще примеси: углерод (0,06—0,15%), кремний (05—1,2%), марганец (0,7—1,5%), фосфор (0,35%) и сера (0,03%). Сера, фосфор и углерод — вредные примеси, так как они повышают хрупкость сплавов, поэтому от них стараются освободиться. Марганец и кремний являются раскислителями, т. е. они позволяют устранить из сплавов кислород, ухудшающий их свойства. Присутствие в сплавах никеля, алюминия и особенно хрома обеспечивает жаростойкость сплавов (900—1200° С).
Кроме того, эти компоненты увеличивают удельное сопротивление и снижают величину температурного коэффициента сопротивления, что и требуется для этих сплавов. Содержание в сплавах хрома больше 30% приводит к повышенной хрупкости и твердости сплавов. Изготовление тонкой проволоки (диаметром 0,02 мм) производится из сплавов, в которых содержание хрома не превышает 20%; эти сплавы марок Х15Н60 и Х20Н80. Проволока диаметром больше 0,2 мм и лента толщиной 0,2 мм и выше изготовляются из сплава остальных марок.
Железо, вводимое в сплавы типа фехраль (сплав марки Х13104), удешевляет их, но после нескольких нагревов у этих сплавов наблюдается резкое возрастание хрупкости. Поэтому спирали из сплавов типа фехраля и хромаля (сплав марки 0Х25105), проработавшие в электронагревательных приборах, не должны подвергаться деформации (при ремонте) в холодном состоянии. Сращивания и скрутки проволок из этих сплавов должны производиться в подогретом (300—400° С) состоянии. Наибольшая допустимая температура для нагревательных элементов из фехраля равна 800—850° С, а для нагревательных элементов из хромаля— 1000—1200° С*.
Нагревательные элементы из нихрома могут длительно работать при температурах 950—1100° С, не изменяя заметно своей пластичности и механической прочности. Однако они надежно работают в стационарном режиме. При частых же включениях и выключениях, вызывающих резкое изменение температуры нихромовых спиралей, может происходить растрескивание защитных окисных пленок па их поверхности. Это вызовет проникновение кислорода воздуха к поверхности нихрома и приведет к его окислению и разрушению.
Кроме голой проволоки из жаростойких сплавов, наша промышленность выпускает обмоточные провода из нихрома с эмалевой изоляцией (марки ПЭНХ, ПЭВНХ и ПЭТВНХ), а также со стекловолокнистой изоляцией на кремнийорганическом лаке (марка ПСДНХ).
*Более высокие температуры допускаются для проволоки и лент большей толщины.
§ 17. Ртуть и ее свойства
Ртуть является единственным металлом, который сохраняет жидкое состояние при комнатной температуре.
Ртуть стоика к окислению, которое наблюдается только при температуре, близкой к температуре ее кипения (356,9° С). Взаимодействие ртути с другими газами (водородом, азотом, окисью углерода) также незначительно. Разведенные соляная и серная кислоты и щелочи па ртуть не действуют, но она растворяется в соляной., серной и азотной концентрированных кислотах. Медь, цинк, свинец, никель, олово, серебро и золото растворяются в ртути.
Ртуть обладает следующими характеристиками: плотность 13, 55 г/см3; температура застывания —39° С; температурный коэффициент объемного расширения 182-10-6 1/°С. Удельное сопротивление q = 0,94+ 0,95 ом-мм2/м; температурный коэффициент сопротивления а = +0,00099 1/°С.
Ртуть применяется в качестве жидких контактов в специальных реле и выключателях, а также в ртутных выпрямителях.
Следует отметить исключительную вредность ртути (особенно ее паров) для здоровья. Поэтому работа со ртутью требует осторожности. Ртуть нужно хранить в герметически закрытой стеклянной или фарфоровой таре. Очистку ртути (фильтрование и др.) производят в специальные закрытых шкафах с вытяжной вентиляцией.
Константан МНМц40-1.5 — Интерсплав Украина, ООО
Константан (от лат. constans, родительный падеж constantis — постоянный, неизменный), медно-никелевый сплав, характеризующийся слабой зависимостью электрического сопротивления от температуры. Константан содержит 39—41% никеля, 1—2% марганца, остальное — медь.
Константан имеет высокое удельное электрическое сопротивление (около 0,5 мкОм·м), низкое значение термического коэффициента электрического сопротивления, температурный коэффициент линейного расширения 14,4·10-6 °C-1, плотность константана 8800-8900 кг/м3, температура плавления около 1260 °C. Также для константана характерна высокая термоэлектродвижущая сила в паре с медью, железом, хромелем. Данный медно-никелевый сплав имеет низкую термо-ЭДС по отношению к меди.
Константан идет на изготовление термопар, реостатов и электронагревательных элементов с рабочей температурой до 400- 500 °C, измерительных приборов низкого класса точности. Константан МНМц 40-1,5 используется для электротехнических целей и компенсационных проводов.
|
Химический состав МНМц40-1,5, константан, % |
|||||||
|
Ni+Co |
C |
Fe |
Mn |
Si |
Сu |
Сумма примесей |
Вид изделия |
|
39.0-41.0 |
≤0.1 |
≤0.5 |
1.0-2.0 |
≤0.1 |
Основа |
≤0.9 |
Проволока, лента, круг |
Механические свойства константановой неизолированной проволоки
|
Состояние материала |
Диаметр проволоки, мм |
Временное сопротивление разрыву, «сигма»В, МПа (кгс/мм2) |
Относительное удлинение «дельта», % не менее |
|
Не менее |
|||
|
Твёрдое |
1.02-5.0 |
Не менее 640(65) |
— |
|
Мягкое |
0.10-0.45 0.50-5.0 |
440-640(45-65) 440-640(45-65) |
15 20 |
Сопротивление при нагреве проводника. Влияние температуры на материалы и электротехнические изделия
Удельное сопротивление металлов при нагревании возрастает в итоге ускорения движения атомов в материале проводника с возрастанием температуры. Удельное сопротивление электролитов и угля при нагревании, напротив, миниатюризируется, потому что у этих материалов, не считая ускорения движения атомов и молекул, растет число свободных электронов и ионов в единице объема.
Некие сплавы, владеющие огромным удельным сопротивлением, чем составляющие их металлы, практически не меняют удельного сопротивления с нагревом (константан, манганин и др.). Это объясяняется неверной структурой сплавов и малым средним временем свободного пробега электронов.
Величина, показывающая относительное повышение сопротивления при нагреве материала на 1° (либо уменьшение при охлаждении на 1°), именуется температурным коэффициентом сопротивления .
Если температурный коэффициент обозначить через α , удельное сопротивление при to =20 о через ρ o , то при нагреве материала до температуры t1 его удельное сопротивление p1 = ρ o + αρ o (t1 — to) = ρ o(1 + (α (t1 — to))
и соответственно R1 = Ro (1 + (α (t1 — to))
Температурный коэффициент а для меди, алюминия, вольфрама равен 0,004 1/град. Потому при нагреве на 100° их сопротивление растет на 40%. Для железа α
= 0,006 1/град, для латуни α
= 0,002 1/град, для фехрали α
= 0,0001 1/град, для нихрома α
= 0,0002 1/град, для константана α
= 0,00001 1/град, для манганина α
= 0,00004 1/град. Уголь и электролиты имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Температурный коэффициент для большинства электролитов равен приблизительно 0,02 1/град.
Свойство проводников изменять свое сопротивления зависимо от температуры употребляется в указателях температуры сопротивления
. Измеряя сопротивление, определяют расчетным методом окружающую температуру.Константан, манганин и другие сплавы, имеющие очень маленький температурный коэффициент сопротивления используют для производства шунтов и дополнительных сопротивлений к измерительным устройствам.
Пример 1.
Как поменяется сопротивление Ro
стальной проволоки при нагреве ее на 520°? Температурный коэффициент а железа 0,006 1/град. По формуле R1 = Ro + Ro
α
(t1 — to)
= Ro + Ro
0,006
(520 —
20)
= 4Ro
, другими словами сопротивление стальной проволоки при нагреве ее на 520° вырастет в 4 раза.
Пример 2. Дюралевые провода при температуре -20° имеют сопротивление 5 ом. Нужно найти их сопротивление при температуре 30°.
R2 = R1 — αR1 (t2 — t1) = 5 + 0 ,004 х 5 (30 — (-20)) = 6 ом.
Свойство материалов изменять свое электронное сопротивление при нагреве либо охлаждении употребляется для измерения температур. Так, термосопротивления , представляющие из себя проволоку из платины либо незапятнанного никеля, вплавленные в кварц, используются для измерения температур от -200 до +600°. Полупроводниковые термосопротивления с огромным отрицательным коэффициентом используются для четкого определения температур в более узеньких спектрах.
Полупроводниковые термосопротивления, используемые для измерения температур именуют термисторами
.
Термисторы имеют высочайший отрицательный температурный коэффициент сопротивления, другими словами при нагреве их сопротивление миниатюризируется. Термисторы делают из оксидных (подвергнутых окислению) полупроводниковых материалов, состоящих из консистенции 2-ух либо 3-х окислов металлов. Наибольшее распространение имеют медно-марганцевые и кобальто-марганцевые термисторы. Последние более чувствительны к температуре.
Школа для электрика
Страница 10 из 21
В электроустановках совместно работают изделия из различных материалов. Широко применяют: стали конструкционные и электротехнические, медь, алюминий, бронзу, латунь, свинец, олово, серебро, никель, золото, вольфрам, платину, сплавы различных металлов, уголь, графит, кабельную бумагу, резину, пряжу, поливинил хлорид, полиэтилен, текстолит, эбонит, фибру, смазочные и изоляционные масла, органическое и силикатное стекла, фарфор, клеи, лаки, замазки, битумы, кремниевые, селеновые, германиевые, медно-закисные полупроводники, электролиты кислотные и щелочные и т.д. Одним словом, трудно найти такой материал, который не применяется в электротехнике. И каждый из материалов обладает присущими только ему свойствами.
Свойства материалов определяют преимущественные области их применения, а также условия, при которых материалы применять нельзя. Резина, например, — превосходный изоляционный материал. Но если провода в резиновой изоляции проложить в местах, где имеется масло, резина размокнет. В этих условиях нужна пластмассовая изоляция. Или другой пример.
Провода с резиновой изоляцией нельзя непосредственно присоединять к нагревательным приборам, так как резина сгорит. Здесь нужна теплостойкая кремнийорганическая изоляция. Примеры можно приводить без конца.
Заводы — изготовители электротехнических изделий исходят из свойств материалов, но при ремонтах иногда прибегают к недопустимым заменам. Причины замен различны. В одних случаях просто не знают, что, например, латунью далеко не всегда можно заменять красную медь — типичный случай рассмотрен выше, в упражнении 20. В других случаях нет подходящего материала; например для сырого помещения нужна текстолитовая панель, а ее заменяют гетинаксовой, но гетинакс впитывает влагу, что сильно ухудшает изоляцию панели. В-третьих случаях соблазняются легкостью обработки: латунь сверлить легко, а красную медь трудно.
В соответствующих параграфах рассматривается влияние на материалы и изделия различных факторов. 1,6 раза. Это следует из физического смысла удельной проводимости, которая есть не что иное, как длина проводника в метрах при сечении 1 мм 2 (единица сечения), при которой его сопротивление равно 1 Ом (единица сопротивления). В нашем примере, чтобы получить 1 Ом, надо взять либо 54 м медного, либо 32 м алюминиевого провода сечением 1 мм 2 .
При достаточно высокой температуре металлы и их сплавы плавятся, а органические вещества — уголь, бумага и др. — сгорают. Температуры плавления различных металлов и их сплавов различны. Например, температуры плавления (цифры округлены) вольфрама, стали, никеля, меди, серебра, латуни, алюминия, цинка, свинца, олова соответственно равны 3410, 1530, 1455,1083,981,900,658,419, 327,232 °С.
Как видно из приведенных данных, среди металлов есть и весьма тугоплавкие, например вольфрам, и легкоплавкие — свинец, олово, цинк. Из вольфрама изготовляют нити ламп накаливания (рабочая температура порядка 2500 °С) и контакты реле импульсного режима, коммутирующие с большой частотой электромагниты, обладающие значительной индуктивностью. В этих случаях токи обычно невелики и кратковременны, а контакты нагревает в основном искра, имеющая высокую температуру.
Из легкоплавких металлов, в основном из свинца, изготовляют плавкие вставки инерционных предохранителей; вставки пластинчатых предохранителей обычно цинковые.
Мягкими припоями являются: олово (чистое олово применяется только в особых случаях) и сплавы олова со свинцом. Так, например, оловянно-свинцовый припой ГЮС-40 содержит 40% олова. Важные сведения о паянии содержатся в упражнении 23.
Упражнение 23. Для соединения проводников широко применяются паяние и сварка.
Ответить на вопросы: 1. Чем принципиально отличается паяние от сварки? Привести примеры применения паяния и сварки. 2. Почему при паянии свинцовых кабельных муфт требуется особая осторожность? 3. В чем состоят достоинства и недостатки мягких припоев и как поступают, если их применение недопустимо? 4. Что такое флюс? 5. Почему перегретый паяльник «не паяет»? Что делают опытные монтеры в промежутках между паяниями?
Ответы. 1. Паяние это соединение частей изделия посредством расплавленного металла припоя. При паянии соединяемые части изделия не плавятся, а плавится только припой, имеющий более низкую температуру плавления. Таким образом, между соединяемыми частями непосредственного соединения нет. Сварка процесс соединения металлов либо путем их местного сплавления, либо путем совместного пластического деформирования, в результате которого возникают прочные связи между атомами соединяемых металлов. Типичные примеры паяния: присоединение медных проводников к выводам разъемов, контактным пластинам реле, полупроводниковым диодам и т.п. Алюминий тоже спаивают, но паяние алюминия.значительно сложнее и требует специального припоя. Спаривают алюминиевые проводники сварка плавлением, например в разветвительных коробках осветительных сетей. Соединения шин и ответвления от них выполняют холодной сваркой, т.е. сваркой давлением.
Температура плавления свинца немного выше температуры плавления припоя, из-за чего при паянии легко перегреть и расплавить свинцовую оболочку кабеля.
Маять мягкими оловянно-сиинцовыми припоями легко, но они недостаточно механически прочны. Следовательно, соединяемые части изделия. если возможно возникновение механических нагрузок, надо перед паянием скрепить (скрутить проводники, пропустить их через отверстия в хвостовиках контактных пружин реле, разъемов и т.п.).
Кроме того, если возможно в аварийных режимах сильное нагревание мест спайки, то припой может размягчиться, а нагретая поверхность окислиться. После остывания припоя соединение уже не получится, потому что в данном случае нет флюса.
Если требуется высокая механическая прочность или возможно сильное повышение температуры, то применяют твердые припои, например на основе латуни. Но температура паяния в этом случае значительно выше.
Флюс — вещество, которое в расплавленном состоянии растворяет окислы, т.е. очищает спаиваемые поверхности. Неочищенные поверхности не спаиваются. При паянии меди, латуни, бронзы мягкими припоями флюсом служит канифоль. При паянии стали канифоль не применима. Приходится пользоваться соляной кислотой, травленной, цинком. После паяния с кислотой вес места, куда она могла попасть, надо тщательно промыть, иначе проводники будут разъедаться.
Вели паяльник перегреть, то канифоль начинает гореть и вместо того, чтобы очищать поверхность, загрязняет ее. Чтобы паяльник не перегревался (при пайке он не перегревается, так как теплота уходит на расплавление припоя), его кладут на металлический предмет, который и отводит излишнюю теплоту.
Некоторые металлы в расплавленном состоянии растворяют более тугоплавкие металлы. Так, расплавленное олово растворяет медь. Это явление используется при изготовлении из медной проволоки плавких вставок предохранителей. На медную проволоку наплавляют шарик из олова. При нагревании до температуры значительно более низкой, чем температура плавления меди, шарик плавится и растворяет медь: предохранитель быстро перегорает.
Сплавляя различные металлы в строго определенных пропорциях, получают сплавы с необходимыми свойствами. Так, например, нихром и фехраль могут работать при температурах порядка 1000 °С, поэтому их применяют в электронагревательных приборах.
Реотан и никелин обладают высоким удельным сопротивлением, но не допускают высоких температур — это реостатные сплавы.
Главное свойство манганина — практическое постоянство сопротивления при изменениях температуры — определяет основную область его применения. Из манганина делают шунты для присоединения к ним амперметров, добавочные сопротивления к вольтметрам, магазины сопротивлений и другие точные элементы сопротивления в электроизмерительной технике.
Температурный коэффициент расширения инвара примерно в 12 раз меньше температурного коэффициента расширения стали, благодаря чему инвар служит одним из компонентов термобиметалла (см. ниже, упражнение 29).
Константа н, хромель и алюмель- материалы для термопар, компенсационных проводов к ним и т.д.
Одним словом, каждый сплав предназначен для определенной цели и поэтому замена далеко не всегда допустима. Например, если нагревательную спираль сделать не из нихрома, а из никелина (ее размеры будут примерно такими же), то она сгорит.
При нагреве места соединения разнородных металлов (сплавов) тепловая энергия непосредственно переходит в электрическую: возникает термоЭДС. При прочих равных условиях термоЭДС пропорциональна температуре, на чем и основано ее измерение с помощью термопар. Термопару помещают в то место изделия, где требуется измерить температуру, и соединяют с милливольтметром (соблюдая при этом ряд требований, например используя специальные компенсационные провода и т.п.). Шкалу милливольтметра градуируют в градусах Цельсия.
Значительные термоЭДС развивают термобатареи, собранные из полупроводников. Термобатарея, надетая на стекло керосиновой лампы, дает мощность, достаточную для работы радиоприемника.
При повышении температуры электрическое сопротивление металлов увеличивается, а угля, электролитов и полупроводниковых приборов уменьшается. Насколько изменяется сопротивление, можно вычислить с помощью температурного коэффициента сопротивления. Если он положителен, то с ростом температуры сопротивление увеличивается, следовательно, ток уменьшается, но в обмотках электромагнитов, сетях, измерительных устройствах, лампах — в разной степени. Поэтому последствия изменения тока различны. Типичные случаи рассмотрены в упражнении 24.
Упражнение 24. Ток, проходя через металлические части электроустановки, нагревает их: сопротивление увеличивается.
Ответить на вопросы и оценить, в каких случаях увеличение сопротивления существенно: 1. При температуре 10 °С сопротивление обмотки электромагнита R — 500 Ом, а питающего медного провода 1 Ом. Электромагнит нагрелся на 60 °С. Как изменится ток в цепи? Намного ли изменится сопротивление питающего провода? Будет нагретый электромагнит «сильнее» или «слабее»? 2. При прочих равных условиях провод нагрелся на 40 «С. Изменится ли от этого сила тока в цепи? Рассмотреть два случая: а) провод нагрет током нагрузки; б) провод был без нагрузки, но нагрелся от того, что ошибочно проложен вблизи трубопровода горячего водоснабжения. 3. Театральные люстры с десятками мощных ламп включают на полный накал не сразу, а постепенно. Делают это «для красоты» или есть более серьезные причины? 4. Температура помещения, в котором установлен вольтметр, изменяется от 10 до 35 °С, а тем не менее точность измерений сохраняется в приемлемых пределах. Каким способом это достигнуто? Принять температурные коэффициенты сопротивления для меди 0,004, а для манганина 0,000008 град». 5. Выше была указана температура обмотки электромагнита. Но совершенно очевидно, что наружные части обмотки охлаждаются лучше и, следовательно, холоднее внутренних се частей. О какой же температуре идет речь?
Ответы. 1. Температурный коэффициент сопротивления меди 0,004 град-1 — Значит, при нагревании на 100 °С сопротивление увеличивается на 40%, а при нагревании на 60 °С на 24%. Ток соответственно уменьшается. Сопротивление провода составляет 0.2% сопротивления цени. Оно так мало, что его не следует принимать во внимание. Интересно отмстить, что при уменьшении тока (из-за нагревания обмотки электромагнита) температура провода уменьшается (а не увеличивается) и, следовательно, его сопротивление снижается. Но эти изменения малы и несущественны. Из-за уменьшения тока МДС уменьшается: электромагнит становится «слабее» (см. выше, упражнение 1).
При нагревании на 40 °С сопротивление провода увеличивается на 16% и будет в нашем примере равно 1,16 Ом. Но сопротивление цепи практически останется тем же (501 Ом % 501,16 Ом). Для случая а) нагревание током нагрузки явление нормальное, для случая б) допустимая нагрузка на провод должна быть значительно снижена.
Рабочая температура нити лампы накаливания более 2500 °С. Поэтому сопротивление нити лампы до ее включения примерно в 10 раз меньше сопротивления горящей лампы и. следовательно, пусковой ток велик и его необходимо снизить.
Сопротивление рамки вольтметра ничтожно по сравнению с добавочным сопротивлением, так как оно выполнено из манганина, а сопротивление манганина практически стабильно. 1-е л и бы добавочное сопротивление было не манганиновым, а медным, то при одном и том же напряжении показания вольтметра при 10 °С отличались бы от показаний при 35 °С на 10 12%.
В условии первого вопроса заданы: начальная температура 10 °С и нагрев на 60 °С. Следовательно, температура обмотки 10 + 60 =70 °С. За температуру обмотки принимается температура усредненная, т.е. вычисленная по результатам измерения сопротивления.
На зависимости сопротивления металлов от температуры основано ее измерение с помощью термометров сопротивления.
Если температурный коэффициент сопротивления отрицателен, то нагревание приводит к лавинообразному увеличению тока и его необходимо ограничивать. Действительно, ток нагревает проводник (полупроводник) с отрицательным коэффициентом сопротивления. Сопротивление уменьшается, ток возрастает и т.д.
На лавинообразном увеличении тока при нагревании полупроводниковых резисторов (термисторов) основан, например, автоматический контроль температуры подшипников. Измерение и контроль температуры, основанные на использовании зависимости сопротивления проводников и полупроводников от температуры, иллюстрируются упражнениями 25 и 26 соответственно.
Рис. 9. Измерение температуры с помощью терморезистора, имеющего положительный температурный коэффициент сопротивления (а) и контроль температуры терморезистором с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления 16) — к упражнениям 25 и 26
Упражнение 25. На рис. 9, а изображены: источник электропитания (+,»), измерительный прибор I»R — логометр.
сопротивления RK1 и подстроечный резистор R. Терморезистор в соответствующей армировке устанавливают в том месте, где требуется измерить температуру, например в масляном бакс, а измерительный прибор на щите управления.
Ответить на вопросы: 1. Что в изображении терморезистора RK1 обозначают: наклонная черта и буква 2. Какой электрической величине пропорциональна измеряемая температура? 3. Почему для измерения силы тока использован не просто миллиамперметр, а логометр? 4. Зачем в схему введен подстроечный резистор?
Ответы. 1- Наклонная черта стандартный знак линейного саморегулирования подчеркивает, что сопротивление изменяется прямо пропорционально изменениям температуры, причем этот процесс протекает сам.собой, т.е. без каких-либо внешних воздействий. Буква обозначает физическую величину, в нашем случае температуру, под влиянием которой происходит саморегулирование.
Пропорциональна силе тока.
Показания миллиамперметра зависят не только от сопротивления (что требуется), но и от изменений напряжения источника электропитания, а это вносит погрешность в измерение. Логометры же (измерители отношений) свободны от этого недостатка: их показания практически не зависят от изменений напряжения. Дело в том, что противодействующий момент в логометре создается не пружиной (как у миллиамперметра), а электрическим путем, т.е. с помощью второй обмотки на рис. 9,а она показана зеленой линией. Действительно, чем ниже напряжение, тем меньший ток проходит через рабочую обмотку (на рис. 9,а красную).
Но в такой же мере уменьшается ток, создающий противодействующий момент. При повышении напряжения в равной степени увеличиваются токи как в рабочей, так и в противодействующей обмотках.
4. Логометры для измерения температуры градуируют в расчете на определенное значение сопротивления питающих проводов. С помощью подстроечного резистора R устанавливают при наладке это значение.
Упражнение 26. На рис. 9.6 показана схема контроля температуры подшипника какого-либо механизма. Латчик температуры полупроводниковый терморезистор (термистор) RK2 — установлен в подшипниковый щит и включен последовательно с обмоткой реле К. Стабилизированное напряжение питания от трансформатора 75 е помощью отводов от вторичной обмотки подобрано таким образом, что при температуре ниже уставки (например, ниже 80 °С) поддерживается тепловое равновесие. Это значит, что теплота, выделяющаяся током, проходящим через терморезистор, полностью отводится контролируемой средой, а сопротивление терморезистора — тысячи Ом. Если же температура, повышаясь, достигает заданной уставки, то тепловое равновесие нарушается, температура терморезистора возрастает и его электрическое сопротивление уменьшается. Уменьшение сопротивления вызывает новое возрастание тока и дальнейшее нагревание терморезистора.
Процесс протекает лавинообразно и быстро приводит к срабатыванию реле. Его контакты могут быть использованы в любых цепях, например в цепи сигнальной лампы III., как в нашем примере.
Ответить на вопросы: I. На что указывают ломаная линия в обозначении терморезистора RK2 и надпись t°1 2. Объяснить назначение стабилизации напряжения питания. Что в обозначении трансформатора 7*5 указывает на стабилизацию? 3. Для чего служат отводы от вторичной обмотки трансформатора и переключатель 5? 4. Оценить, повысится или понизится уставка но температуре, если повысить напряжение, подводимое от вторичной обмотки трансформатора. 5. Из схемы видно, что после срабатывания реле К его контакт закорачивает терморезистор. Что произошло бы с терморезистором при отсутствии этого контакта?
Ответы. 1. Ломаная линия обозначает нелинейное саморегулирование: это значит, что сопротивление термистора изменяется не пропорционально температуре, а значительно резче. Надпись -t указывает на физическую величину температуру, а знак минус — на отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Это значит, что с повышением температуры сопротивление не увеличивается (как в термометре сопротивления, ем. упражнение 25), а уменьшается.
Без стабилизации напряжения его изменения изменяли бы уставку по температуре. На стабилизацию указывает ломаная линия в обозначении трансформатора 75.
Отводы служат, чтобы установить напряжение, соответствующее необходимой уставке с помощью переключателя 5.
С повышением напряжения тепловое равновесие устанавливается при более низкой температуре контролируемой среды, следовательно, уставка по температуре понижается.
сгорел бы.
Изменения температуры всегда приводят к изменению размеров тел. Тепловое расширение в ряде случаев вредно. Из-за различных коэффициентов теплового расширения материалов, из которых изготовлены электрические машины (сталь, медь, изоляция), возникают растягивающие усилия, приводящие к механическому износу изоляции. Примеры серьезных нарушений в работе электроустановок приведены в упражнении 27.
Рис. 10. Тепловое расширение может нарушить работу электроустановок — к упражнению 27
Чтобы тепловое расширение не привело к поломкам, принимают ряд мер, например шины жестко не закрепляют, делают в них гибкие вставки и т.п.
Упражнение 27. Ниже приведены три примера нарушения работы электроустановки из-за теплового расширения.
Случай А. Вышедший из строя нагревательный элемент теплообменника заменили стержнем 1, на который поверх асбестовой изоляции 2 была навита нихромовая проволока 3. Стержень хорошо изолировали от корпуса теплообменника. Один конец проволоки присоединили к корпусу теплообменника, а другой — к стержню и подвели питание, как показано на рис. 10,а. Через несколько минут после включения перегорел предохранитель 4. Перед следующим включением мегаомметром измерили сопротивление изоляции стержень — корпус. Изоляция оказалась высокой. При последующем включении произошло то же самое: через несколько минут предохранитель перегорел.
Случай Б. Фарфоровый изолятор 5 арминован фланцем б (рис. 10,6), причем в качестве связующего 7 был использован цемент, имевшийся в наличии. В жаркую погоду в изоляторе образовалась трещина.
Случай В. Кабель 8 (рис. 10,в), проложенный под рельсами 9, защитили от механических повреждений отрезком трубы 10. Весной кабель был поврежден, причем поврежден именно в трубе.
Ответить на вопросы: 1. Почему в случае А перегорел предохранитель, несмотря на то что изоляция, измеренная мегаомметром перед включением, была полноценной? 2. Из-за чего в случае Б треснул изолятор? 3. Чем был поврежден кабель? Какую ошибку допустили при его монтаже?
Ответы. 1. При включении стержень нагрелся и удлинился. Левый его конец прикоснулся к корпусу теплообменника: произошло короткое замыкание. Пока ходили за мегаомметром, стержень немного остыл и образовался зазор 5 (см. рис. 10,а).
Цемент при нагревании расширился. «Раздать» прочный чугунный фланец он не мог. Поэтому треснул более хрупкий фарфор.
Днем снег растаял, труба заполнилась водой. Ночью вода замерзла. А так как объем льда больше объема воды, из которой образовался лед, то лед сдавил кабель. Монтажники обязаны были заделать торцы трубы так, чтобы в трубу не могла проникать вода.
Тепловое расширение имеет важные полезные применения. Так, именно на тепловом расширении основано действие термометров расширения, термосигнализаторов и некоторых исполнений терморегуляторов прямого действия (пример дан в упражнении 28).
Упражнение 28. На рис. 11,о схематически показан терморегулятор прямого (непосредственного) действия. При повышении температуры воды в охлаждающей рубашке 1 какого-либо механизма заключенная в термобаллоне 2 рабочая жидкость расширяется и через соединительную трубку 3 передает давление штоку 6, который в свою очередь давит на клапан 7. Движение клапана продолжается до уравновешивания давления рабочей жидкости и сопротивления возвратной пружины 8. Увеличивающийся проток воды понижает температуру в охлаждающей рубашке. Давление рабочей жидкости в термобаллоне уменьшается, и пружина поднимает клапан, сокращая проток воды. Таким образом, клапан как бы «дышит», пропуская столько воды, сколько необходимо, чтобы ее температура оставалась на заданном уровне.
Ответить на вопросы: 1. Для чего (рис. 11,о) служат гофрированные трубки (сильфоны) 5 и маховичок 4″» 2. На каком основании терморегулятор назван терморегулятором прямого (непосредственного) действия?
Ответы. 1. Гофрированные металлические трубки разделяют воздух, охлаждающую воду и рабочую жидкость. Они выполняют роль сальников, но значительно совершеннее их благодаря полной герметичности и подвижности без трения.
Маховичком ввинчивают или вывинчивают стержень, прикрепленный к основанию верхнего сильфона, иными словами, растягивают или сжимают его. Благодаря этому создается начальное давление рабочей жидкости, т.е. задается терморегулятору необходимая уставка по температуре.
2. Термометрическая система непосредственно воздействует на клапан без каких-либо промежуточных приводов.
Тепловое расширение положено в основу создания термобиметалла, который широко используют как чувствительный к температуре элемент автоматических выключателей, тепловых реле (для защиты двигателей от перегрузки), регуляторов температуры, простейших реле времени, применяющихся в телефонии и нередко в автоматике.
Рис. 11. Тепловое расширение имеет многие полезные применения — к упражнениям 28 и 29
Термобиметалл (рис. 11,г) изготовлен из двух сваренных пластин с различными температурными коэффициентами расширения и достаточно упругими, чтобы не было остаточных деформаций. Одним из металлов может быть сплав — инвар, обладающий ничтожным коэффициентом теплового расширения, другим — бронза. При нагревании (температура в t больше исходной температуры в) пластина из термобиметалла изгибается в «одну сторону, а при охлаждении (в2 меньше в) — в другую. В одних конструкциях изгибание приводит к переключению контактов, а в других освобождается защелка механизма. Примеры даны в упражнении 29.
Упражнение 29. На рис. 11,6 дана схема простейшего биметаллического реле времени, так называемой термогруппы, устанавливаемой на корпусе телефонного реле. На биметаллическую пластину 13 навита нагревательная обмотка 11 из изолированной нихромовой проволоки. При замыкании контакта 9 ток поступает в обмотку через регулируемый резистор 10. Пластина 13 нагревается, изгибается и через некоторое время замыкает контакт, наклепанный на пластины 12 и 13.
На рис. 11, в показан биметаллический термосигнализатор. Биметаллическая пластина 17 укреплена на скобе 16. При нормальной температуре воды контакты разомкнуты. При повышении температуры замыкается один контакт, например 18 и включает зеленую лампу. При понижении температуры замыкается другой контакт 15 и включает красную лампу.
Принципиальная схема защитного теплового реле иллюстрирует рис. 11,д. Ток нагрузки / проходит через биметаллическую пластину 21, контакт 22, контактный мостик 24 и контакт 25. Возвратная пружина 26 сжата (рисунок слева). При возникновении значительной и длительной перегрузки биметаллическая пластина изгибается (рисунок справа) и освобождает рычаг 20. Пружина 26 приподнимает деталь 23, рычаг 20 поворачивается около оси О, контакт размыкается.
Ответить на вопросы: 1. У реле времени на рис. 11,6 есть биметаллическая пластина 14, на которой нет ни контактов, ни обмотки. Не является ли они лишней деталью? 2. Каким способом задается необходимая выдержка времени? Почему ее надо устанавливать «электрическим путем» (изменяя силу тока), а не подгибанием пружины 12, т.е. увеличением таким способом зазора между контактами? 3. Каким принципиальным недостатком обладает биметаллическое реле времени? 4. На рис. 11, в над биметаллической пластиной показана вставка 19. Для чего она служит и чем определяется ее длина? 5. В чем состоит принципиальное достоинство конструкции, схема которой показана на рис. 11,д?
Ответы. 1. Пластина 14 необходима для компенсации изменений температуры окружающей среды. Дело в том, что пластина 13 изгибается не только под действием нагревательной обмотки, но и под действием температуры окружающей среды. Однако в такой же степени изгибается и 56 пластина 14. При повышении температуры она через толкатель приподнимает пластину 12, а при понижении температуры отходит от нее: пластина 12 в силу своей упругости изгибается вниз. В результате при любой температуре среды зазор между пластинами 12 и 13 остается практически неизменным. В современных тепловых реле для защиты электродвигателей от перегрузки примерно таким же образом осуществлена температурная компенсация.
Задание необходимой уставки с помощью регулируемого резистора не нарушает механических свойств реле, а подгибание пластин если даже не приводит к остаточной деформации, то во всяком случае ускоряет старение.
Уставка зависит от изменений напряжения питания нагревательной обмотки.
Без вставки 19 одна часть биметаллической пластины 17 находилась бы в контролируемой среде — это хорошо. Но другая ее часть, выступающая из среды, измеряла бы температуру воздуха, а это плохо. Контролируемая среда должна омывать всю биметаллическую пластину. Это условие и определяет длину вставки.
Конструкция дает возможность несмотря на медленное изгибание биметаллической пластины быстро размыкать цепь, что совершенно необходимо. Если же конструкция не обеспечивает быстрого размыкания, то приходится принимать специальные меры для зашиты контактов от разрушения.
Важное замечание. Место расположения датчиков контроля технологических параметров — температуры, уровня, давления, протока, скорости, перемещения и т.д., а также глубина их погружения в контролируемую среду имеют первостепенное значение. Так, например, далеко не безразлично, где установить термобаллон терморегулятора, термопару, термометр сопротивления. Дело в том, что температуры в нижней и верхней частях бака трансформатора различны (нагретое масло поднимается). Различны температуры воды вблизи ее поступления в охлаждающую рубашку и на выходе.
Или другой пример. Если место установки путевого или конечного выключателя выбрано неудачно, то подвижная часть механизма остановится не там, где следует. Вообще, все это гораздо сложнее, чем может показаться на первый взгляд, и нередко именно неудачное расположение датчика является причиной неудовлетворительной работы автоматики. Но при проектировании эти важнейшие обстоятельства недооценивают, а иногда без участия наладчиков просто не могут учесть.
Особенно чувствительна к повышениям температуры изоляция. Резина и бумага от нагревания растрескиваются и осыпаются; бумага, картон, изоляционное масло, пряжа, некоторые виды пластмассы, например несамозатухающий полиэтилен, могут воспламеняться. Органическое стекло и фибра при нагревании размягчаются, теряют механическую прочность и нередко коробятся. Из конденсаторов вытекает пропиточная масса, внутри образуются пузыри воздуха, который менее электрически прочен (см. ниже, § 7), чем пропиточная масса.
Воск, парафин, размягчающиеся краски и лаки, применяемые иногда при ремонте электроаппаратуры, в расплавленном виде проникают на поверхности якорей и действуют как клей. В результате якорь реле может не отпустить или отпускает со значительным замедлением, нарушая действие автоматики.
Крайне опасен перегрев полупроводниковых приборов. Полупроводниковые приборы в результате перегрева теряют изоляционные свойства, причем если селеновые выпрямители после пробоя, как правило, восстанавливаются, то германиевые и кремниевые безнадежно выходят из строя и требуют замены.
Следует особо подчеркнуть, что полупроводниковые приборы обладают нелинейными характеристиками; иными словами, проводимость приборов имеет явно выраженную зависимость от температуры. Это значит, что даже «не очень перегретое» изделие (например, ЭВМ), если оно сконструировано без надлежащего учета теплового режима, может «вдруг» начать ошибаться. Но после достаточного остывания снова работает правильно вплоть до следующего перегрева.
Допустимая температура, т.е. температура, при которой обеспечивается длительная эксплуатация изоляции, определяется классом ее нагревостойкости. Дня изоляции электрических машин классы нагревостойкости обозначаются буквами Y, А, Е, В, F, Н и С, которым соответствуют допустимые температуры 90,105, 120, 130, 155, 180 и свыше 180 °С — все зависит от материала. Так, например, к классу Е (120 °С) относятся синтетические органические материалы (пленки, волокна, смолы, компаунды и др.), к классу F (155 °С) — материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с синтетическими составами, и т.п.
Перегрев — явление обманчивое. Если он не очень велик, то его последствия сразу не очевидны, а когда они обнаруживаются, уже поздно принимать какие-либо меры — изделие испорчено. Кроме того, внешние детали всегда нагреты меньше внутренних, особенно при интенсивной вентиляции, и это нередко вводит в заблуждение. Отдельные жилы многожильных кабелей могут перегреваться, но до поры до времени это также не будет замечено.
Многие ответственные части электроустановок не только не имеют, но и не могут иметь защиты от перегрева. На первый взгляд, такое утверждение неправдоподобно. Но рассмотрим, 58 например, перегревающуюся катушку реле, контактора, магнитного пускателя. Пока ее изоляция из-за перегрева полностью не разрушится, ток в цепи не может увеличиться и, следовательно, ни предохранитель, ни автоматический выключатель ее не защитят.
Естественно, возникает вопрос: к чему же такая защита, которая не защищает? Защита защищает, но только не катушки, а электроустановку от КЗ, а также прерывает ток КЗ после того, как катушка сгорела, предотвратив, таким образом, повреждение самой электроустановки.
Несмотря на отрицательное влияние нагрева избежать выделения теплоты принципиально невозможно: раз есть ток — значит, есть теплота. Однако выделение теплоты вовсе не означает, что изоляция обязательно перегревается и не может достаточно долго и хорошо работать.
При соблюдении условий термической (тепловой) стойкости изоляция нагревается в допустимых пределах и служит в течение гарантированного срока. Термическая стойкость выражается по-разному. Приведем несколько примеров.
Напряжение не выше 110% номинального. Это значит, что напряжение на выводах изделия (реле, двигателя, конденсатора и т.п.) не должно повышаться более чем на 10%. Казалось бы, это неоправданно жесткое требование. Однако оно вполне обосновано. Действительно, в цепях с активным сопротивлением ток пропорционален напряжению. Значит, повышение напряжения, например, на 30% вызывает увеличение тока также на 30%. Но количество теплоты пропорционально квадрату тока, следовательно, теплоты выделится на 69% больше, чем при номинальном напряжении.
Длительный ток 5 А, двукратная перегрузка не более 10 с — см. выше, упражнение 15.
Предельная мощность 15 Вт — см. выше, упражнения 5 и 15.
Температура не выше 55 ° С.
Переменная составляющая напряжения не более 5%. Аналогичные условия задают обычно для конденсаторов, так как при включении на пульсирующее напряжение под влиянием переменной составляющей через конденсатор проходит ток, нагревающий и разрушающий конденсатор (см. выше, упражнение 4).
Сопротивление изоляции резко зависит от температуры. Так, например, если проводимость электрокартона при 20 ° С принять за единицу, то при температурах 30, 40 и 50 ° С проводимость увеличится в 4, 13 и 37 раз соответственно. Во столько же раз уменьшается сопротивление изоляции. Столь резкая зависимость станет понятной, если сделать простейший опыт. Холодную эластичную бумагу, являющуюся прекрасной изоляцией, подогреем спичкой до 130 — 140 °С: бумага станет хрупкой и ломкой. При дальнейшем нагревании бумага побуреет и, наконец, обуглится. Иными словами, она из изоляции превратится в проводник.
Отсюда следует важнейший для практики вывод: при оценке результатов измерения сопротивления изоляции, и особенно при сравнении новых измерений с предыдущими, надо обращать внимание на температуру. Иными словами, прежде чем утверждать, что изоляция ухудшилась, нужно результаты нового измерения привести (пересчитать) к температуре предыдущего измерения. Ясно, что речь идет не о температуре среды, а о температуре обмотки: на подстанции, например, может быть холодно, а обмотка отключенного для ревизии трансформатора горячая.
Сопротивление изоляции нельзя измерять, если температура обмотки отрицательна. При этом замерзает влага, а именно увлажнение изоляции — наиболее вероятная причина ухудшения изоляции.
Сильное нагревание металлических деталей электрооборудования может оказаться вредным. Рассмотрим два типичных примера.
При длительных КЗ ток, если он проходит через пружины (контактные, как во многих исполнениях реле или возвратные), может их отжечь. В результате теряется упругость.
При повреждениях изоляции в первичных цепях ток повреждения I нередко находит себе путь на «землю» через свинцовые оболочки контрольных кабелей. С оболочек ток переходит на кронштейны, лотки и другие заземленные конструкции. Но переходное сопротивление R между оболочками кабелей и конструкциями велико, из-за чего мощность тепловых потерь I2R в месте перехода тока может оказаться настолько значительной, что оболочки прогорят. При этом может повредиться и изоляция жил: возникает слабое место, не защищенное от проникновения влаги.
К важнейшим параметрам, характеризующим свойства проводниковых материалов, относятся: 1) удельная проводимость γ или обратная ей величина – удельное сопротивление ρ, 2) температурный коэффициент удельного сопротивления ТКρ или α ρ , 3) коэффициент теплопроводности λ Т (ранее его обозначали γ T), 4) удельная теплоемкость с ; 5) удельная теплота плавления r T .
Связь плотности тока δ, (А/м²), и напряженности электрического поля Е (В/м), в металлическом проводнике, как уже было показано выше, дается известной формулой δ = γE, называемой дифференциальной формой закона Ома.
Для проводника, имеющего сопротивление R длину l и постоянное поперечное сечением S , удельное сопротивление ρ вычисляют по формуле
ρ = RS/l .
Для измерения ρ проводниковых материалов разрешается пользоваться внесистемной единицей Ом·мм²/м. Связь между названными единицами удельного сопротивления такая:
Ом·мм 2 /м=мкОм·м.
Диапазон значений удельного сопротивления ρ металлических проводников при нормальной температуре довольно узок: от 0,036 для серебра и примерно до 3,4 мкОм·м для железо-хромо-алюминиевых сплавов.
Сопротивление проводника зависит от частоты протекающего по нему тока. Известно, что на высоких частотах плотность тока изменяется по сечению проводника. Она максимальна на поверхности и убывает по мере проникновения вглубь проводника. Происходит вытеснение тока к поверхности проводника. Это явление называют поверхностным эффектом. Он тем сильнее, чем выше частота. Поскольку площадь сечения, через которое протекает ток уменьшилась, то сопротивление провода переменному току стало больше, чем его сопротивление постоянному току. За глубину проникновения тока в проводник на данной частоте принимают глубину, на которой плотность тока уменьшается в е=2,72 раза.по сравнению с ее значением на поверхности проводника.
Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов.
Концентрация свободных электронов n в металлическом проводнике при повышении температуры остается практически неизменной, но возрастает их средняя скорость теплового движения. Усиливаются и колебания узлов кристаллической решетки. Квант упругих колебаний среды принято называть фононом . Малые тепловые колебания кристаллической решетки можно рассматривать как совокупность фононов. С ростом температуры увеличиваются амплитуды тепловых колебаний атомов, т.е. увеличивается сечение сферического объема, который занимает колеблющийся атом.
Таким образом, с ростом температуры появляется все больше и больше препятствий на пути дрейфа электронов под действием электрического поля. Это приводит к тому, что уменьшается средняя длина свободного пробега электрона λ, уменьшается подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость металлов и возрастает удельное сопротивление. Изменение удельного сопротивления проводника при изменении его температуры на 3К, отнесенное к величине удельного сопротивления этого проводника при данной температуре, называют температурным коэффициентом удельного сопротивления TK ρ или . Температурный коэффициент удельного сопротивления измеряется в К -3 . Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов положителен. Как следует из данного выше определения, дифференциальное выражение для TK ρ имеет вид:
.
Теплоемкость характеризует способность вещества поглощать теплоту Q при нагреве. Теплоемкостью С какого-либо физического тела называют величину, равную количеству тепловой энергии, поглощаемой этим телом при нагреве его на 3К без изменения его фазового состояния. Теплоемкость измеряют в Дж/К. Теплоемкость металлических материалов растет с повышением температуры. Поэтому величину теплоемкости С определяют при бесконечно малом изменении его состояния:
Отношение теплоемкости С к массе тела m называют удельной теплоемкостью с :
.
Удельная теплоемкость измеряется в Дж/(кг∙К). Тугоплавкие материалы характеризуются низкими значениями удельной теплоемкости, легкоплавкие же материалы, напротив, характеризуются высоким значением удельной теплоемкости.
Теплопроводностью называют перенос тепловой энергии Q в неравномерно нагретой среде в результате теплового движения и взаимодействия составляющих ее частиц. Перенос теплоты в любой среде или каком-либо теле происходит от более горячих частей к холодным. В результате переноса теплоты происходит выравнивание температуры среды или тела. В металлах перенос тепловой энергии осуществляется электронами проводимости. Количество свободных электронов в единице объема металла весьма велико. Поэтому, как правило, теплопроводность металлов намного больше, чем теплопроводность диэлектриков. Чем меньше примесей содержат металлы, тем выше их теплопроводность. С увеличением примесей их теплопроводность уменьшается.
Как известно, процесс переноса теплоты описывается законом Фурье:
.
Здесь – плотность теплового потока, т. е. количество тепла, проходящее вдоль координаты x через единицу площади поперечного сечения за единицу времени, Дж/м 2 ∙с,
– градиент температуры вдоль координаты x , К/м,
– коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплопроводности (ранее обозначался ), Вт/К∙м.
Таким образом, термину теплопроводность соответствуют два понятия: это и процесс переноса тепла и коэффициент пропорциональности, характеризующий этот процесс.
Температура и теплота плавления . Теплота, поглощаемая твердым кристаллическим телом при переходе его из одной фазы в другую, называется теплотой фазового перехода. В частности, теплота, поглощаемая твердым кристаллическим телом при переходе его из твердого состояния в жидкое, называют теплотой плавления, а температура, при которой происходит плавление (при постоянном давлении), называют температурой плавления и обозначают Т ПЛ .. Количество тепла, которое нужно подвести к единице массы твердого кристаллического тела при температуре Т ПЛ для его перевода в жидкое состояние, называют удельной теплотой плавления r ПЛ и измеряют в МДж/кг или в кДж/кг. В зависимости от температуры плавления различают тугоплавкие металлы, имеющие температуру плавления выше чем у железа, т.е. выше чем 3539 0 С и легкоплавкие с температурой плавления меньше чем 500 0 С. Диапазон температур от 500 0 С до 3539 0 С относится к средним значениям температур плавления.
Работа выхода электрона из металла. Опытпоказывает, чтосвободные электроны при обычных температурах практически не покидают металл. Это связано с тем, что в поверхностном слое металла создается удерживающее электрическое поле. Это электрическое поле можно представить как потенциальный барьер, препятствующий выходу электронов из металла в окружающий вакуум. Удерживающий потенциальный барьер создается за счет двух причин. Во-первых за счет сил притяжения со стороны избыточного положительного заряда, возникшего в металле в результате вылета из него электронов, и, во-вторых, за счет сил отталкивания со стороны ранее вылетевших электронов, образовавших вблизи поверхности металла электронное облако. Это электронное облако вместе с наружным слоем положительных ионов решетки образует двойной электрический слой, электрическое поле которого подобно полю плоского конденсатора. Толщина этого слоя равна нескольким межатомным расстояниям (30 -30 -30 -9 м). Он не создает электрическое поле во внешнем пространстве, но создает потенциальный барьер, препятствующий выходу свободных электронов из металла.
Опыт в соответствии с общими соображениями § 46 показывает, что сопротивление проводника зависит также и от его температуры.
Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой (диаметра 0,1-0,2 мм) железной проволоки 1 и включим ее в цепь, содержащую батарею гальванических элементов 2 и амперметр 3 (рис. 81). Сопротивление этой проволоки подберем таким, чтобы при комнатной температуре стрелка амперметра отклонялась почти на всю шкалу. Отметив показания амперметра, сильно нагреем проволоку при помощи горелки. Мы увидим, что по мере нагревания ток в цепи уменьшается, а значит, сопротивление проволоки при нагревании увеличивается. Такой результат получается не только с железом, но и со всеми другими металлами. При повышении температуры сопротивление металлов увеличивается. У некоторых металлов это увеличение значительно: у чистых металлов при нагревании на 100°С оно достигает 40-50%; у сплавов оно обычно бывает меньше. Есть специальные сплавы, у которых сопротивление почти не меняется при повышении температуры; таковы, например, константан (от латинского слова constans – постоянный) и манганин. Константан употребляется для изготовления некоторых измерительные приборов.
Рис. 81. Опыт, показывающий зависимость сопротивления проволоки от температуры. При нагревании сопротивление проволоки увеличивается: 1 – проволока, 2 – батарея гальванических элементов, 3 – амперметр
Иначе меняется при нагревании сопротивление электролитов. Повторим описанный опыт, но введем в цепь вместо железной проволоки какой-нибудь электролит (рис. 82). Мы увидим, что показания амперметра при нагревании электролита все время увеличиваются, а значит, сопротивление электролитов при повышении температуры уменьшается. Отметим, что сопротивление угля и некоторых других материалов также уменьшается при нагревании.
Рис. 82. Опыт, показывающий зависимость сопротивления электролита от температуры. При нагревании сопротивление электролита уменьшается: 1 – электролит, 2 – батарея гальванических элементов, 3 – амперметр
Зависимость сопротивления металлов от температуры используется для устройства термометров сопротивления. В простейшем виде это – намотанная на слюдяную пластинку тонкая платиновая проволока (рис. 83), сопротивление которой при различных температурах хорошо известно. Термометр сопротивления помещают внутрь тела, температуру которого желают измерить (например, в печь), а концы обмотки включают в цепь. Измеряя сопротивление обмотки, можно определить температуру. Такие термометры часто применяются для измерения очень высоких и очень низких температур, при которых ртутные термометры уже неприменимы.
Рис. 83. Термометр сопротивления
Приращение сопротивления проводника при его нагревании на 1°С, разделенное на первоначальное сопротивление, называется температурным коэффициентом сопротивления и обычно обозначается буквой . Вообще говоря, температурный коэффициент сопротивления сам зависит от температуры. Величина имеет одно значение, например, если мы будем повышать температуру от 20 до 21°С, и другое при повышении температуры от 200 до 201°С. Но во многих случаях изменение в довольно широком интервале температур незначительно, и можно пользоваться средним значением в этом интервале. Если сопротивление проводника при температуре равно , а при температуре равно , то среднее значение
. (48.1)
Обычно в качестве принимают сопротивление при температуре 0°С.
Таблица 3. Среднее значение температурного коэффициента сопротивления некоторых проводников (в интервале от 0 до 100 °С)
Вещество | Вещество | ||
Вольфрам | |||
Константан | |||
Манганин |
В табл. 3 приведены значения для некоторых проводников.
48.1. При включении электрической лампочки сила тока в цепи в первый момент отличается от силы тока, который течет после того, как лампочка начнет светиться. Как изменяется ток в цепи с угольной лампочкой и лампочкой, имеющей металлическую нить накаливания?
48.2. Сопротивление выключенной электрической лампочки накаливания с вольфрамовой нитью равно 60 Ом. При полном накале сопротивление лампочки возрастает до 636 Ом. Какова температура накаленной нити? Воспользуйтесь табл. 3.
48.3. Сопротивление электрической печи с никелиновой обмоткой в ненагретом состоянии равно 10 Ом. Каково будет сопротивление этой печи, когда обмотка ее нагреется до 700°С? Воспользуйтесь табл. 3.
Константан — Свердловский металлургический завод
Константан (от латинского constans – «неизменный» или «постоянный») – серебристо-желтый термически стабилизированный сплав меди и никеля, имеющий неизменные показатели сопротивления при резких температурных колебаниях. Материал имеет стандартное компонентное содержание: медь (Cu) не больше 57-59%, никель (Ni) около 38-41 % и добавка марганца (Mn) до 2 % от общего объема веществ. Материал плотностью до 8,9грамм/см3 и с показателем ТКЛР (температурный коэффициент линейного расширения) 14*10-6С-1 плавится при температуре +1260 °С.
При нормальной температуре окружающей среды (не выше +20°С) сплав константан имеет электрическое сопротивление в пределах 0,48мкОм*мм2 на 1м. При использовании методики стабилизирующего отжига можно значительно повысить показатели температурного расширения (до уровня 2*10-6К-1) при стабильных показателях удельного электросопротивления.
Параметры материала
Предлагаем купить константан в двух состояниях:
- Твердый сплав. R составляет 0,48-0,52мкОм*мм2 на 1м, сопротивление (sp) до 720 МПа, ер не превышает 2,5-5%.
- Мягкий (отожженный) материал со следующими параметрами: R=0,44-0,48мкОм*мм2 на 1м, сопротивление (sp) до 500 МПа, ер не превышает 45-50%.
Термостабильный материал поставляется в виде проволоки с диаметром сечения от 0,03 до 5 мм или ленты толщиной до 0,1мм. Область применения – изготовление нагревательных приборов, реостатов, термопар для измерений температурных колебаний выше +500°С.
Чтобы уточнить дополнительные характеристики, которыми обладает константан, цены на оптовые партии и наличие на складах – свяжитесь с нами по номеру: (343) 216-02-65, 216-02-66 или закажите обратный звонок по Екатеринбургу и всей России.
Назад к каталогу продукции
Проволока из константана. Проволока константан мнмц 40-1.5 гост 5307
Проволока из константана мнмц 40-1.5 гост 5307
Константан относится к группе медно-никелевых сплавов (никель – 39-40%, медь – 59%, марганец – 1-2%). Материал хорошо поддается обработке различными способами. Сплав также обладает некоторыми уникальными свойствами, среди которых особо ценное – существенное омическое сопротивление.
Из константана изготавливают ленты, полосы, проволоки.
Константан, маркированный МНМц 40-1,5, производят в виде ленты (диаметр 0,1 мм, ГОСТ 5189-75). Однако основной формой выпуска является неизолированная проволока (ГОСТ 1791-67, диаметр колеблется от 0,2 до 5 мм), которая намотана на катушку.
Особое место в изделиях из сплава имеет проволока константан МНМц 40-1,5 ГОСТ 5307-77.
Применение константана
Константан используют для производства металлопленочных резисторов, термопар, электронагревательных проборов (предел 500 градусов).
В пирометрии константан применяют в виде ленты, проволоки, круга для изготовления компенсационных кабелей и терморегуляторов.
Свойства и характеристики константановой проволоки мнмц 40-1.5 гост 5307
Сплав константан желто-серебристого цвета и обладает такими свойствами:
- плотность в пределах 8800-8900 кг/ м3;
- отжиг при 950 градусах;
- температура горячей термической обработки составляет 1170 градусов;
- температура плавления 1350 градусов.
Благодаря никелю в составе сплава материал обладает высокой пластичностью. Плюс константан имеет повышенную коррозионную устойчивость и значительную термоэлектродвижущую силу.
Благодаря своим свойствам проволока из константана легко поддается различным видам обработки: штамповка, сварка, спайка, любая деформация.
После проведения термообработки поверхность константана покрывается окисной пленкой с высокими электроизоляционными характеристиками, а это позволяет не покрывать материал лаком либо наносить изоляцию.
До отжига константан довольно тверд, имея сопротивление 0,46-0,52 мкОм×мм2/м, а твердость 650-720 МПа.
После процедуры стабилизирующего отжига материал становится мягче, приобретая сопротивление 0,45-0,48 мкОм×мм2/м, а твердость в границах 400-500 МПа. Также меняется коэффициент теплового расширения до 2×10-6 1/К. Удельное сопротивление же остается прежним.
Изготовление проволоки мнмц 40-1.5 гост 5307 из константана
Проволоку из константана изготавливают, четко следуя технологическому регламенту. Для этого используют сплав с маркировкой МНМц 40-1,5 ГОСТ 492-73.
Проволоку выпускают 2-х модификаций (зависит от состояния сплава):
- твердая – диаметр менее 0,09 мм;
- мягкая – диаметр больше 0,09 мм.
В соответствии с качественными показателями поверхность должна быть гладкой и чистой, расслоения и трещины должны отсутствовать. Допускается некоторые поверхностные деформации, размеры которых не превышают (после окончательной зачистки) предельных отклонений.
На мягкой проволоке допустим цвет побежалости плюс участки локального окисления. Возможно изготовления аналогичных изделий (диаметр от 0,5 мм) со светлой поверхностью. Такая проволока предназначена для дальнейшего волочения.
Проволока константан мнмц 40-1.5 гост 5307
Проволока константан мнмц 40-1.5 гост 5307
Проволока константан мнмц 40-1.5 гост 5307
Constantan — Состав, свойства, удельное сопротивление, проволока и применение
Определение константана
Constantan — это проволока из сплава на основе никеля и меди с высоким удельным сопротивлением, которая в основном используется для термопар и электрического резистивного нагрева. Он имеет постоянное удельное сопротивление в широком диапазоне температур.
Состав
В основном константан состоит из никеля и меди. Он содержит 60% никеля и 40% меди.
Характеристики
Constantan обладает рядом особых характеристик, благодаря которым он известен как самый универсальный из доступных сплавов.Некоторые из его важных характеристик:
- Высокая удельная теплостойкость
- Незначительный температурный коэффициент
- Легко пластичный
- Устойчив к атмосферной коррозии
- Легко поддается пайке и формованию
Физические свойства константана
Физические свойства константана:
Точка кипения — нет данных
Температура плавления — от 1225 до 1300 oC
Удельный вес — 8.9 г / куб.см
Растворимость в воде — не растворим
Внешний вид — серебристо-белый ковкий сплав
Запах — без запаха
Удельное электрическое сопротивление при комнатной температуре: 0,49 мкОм / м
При 20 ° c — 490 мкОм / см
Плотность — 8,89 г / см3
Температурный коэффициент ± 40 ppm / K-1
Удельная теплоемкость 0,39 Дж / (г · К)
Теплопроводность 19,5 Вт / (м · К)
Модуль упругости 162 ГПа
Относительное удлинение при разрыве — <45%
Предел прочности при растяжении — от 455 до 860 МПа
Линейный коэффициент теплового расширения 14.9 × 10-6 К-1
Рисунок 1 — Константан
Источник — binbin.net
Сопротивление константановой проволоки
Сопротивление константановой проволоки составляет 15,94 Ом-см-мил / фут. Поскольку сопротивление константана не меняется с температурой, он используется для изготовления термопар и других подобных устройств, где сопротивление должно оставаться постоянным для определенного диапазона температур. Это провод электрического сопротивления.
Использование константана
Константан используется для измерения температуры.Он используется для формирования термопар вместе с проводами из других металлов, таких как медь, железо и хромель. Он особенно используется в целях обеспечения сопротивления, поскольку его сопротивление не сильно меняется при изменении температуры. Он используется для шунтов постоянного тока. В шунтах постоянного тока прецизионный провод с низким сопротивлением подключается последовательно с нагрузкой в цепи постоянного тока, по которой уже протекает большой ток. Он измеряет падение напряжения; он легко может измерить ток.
Сплав константана
Константин — один из наиболее широко используемых сплавов. Это связано с тем, что он обладает наилучшим общим набором важных свойств, необходимых для многих странных калибровочных приложений. Константин обладает самым высоким удельным сопротивлением среди всех других сплавов, что делает его нечувствительным к уровню деформации и температуре. Его удельное сопротивление настолько велико, что позволяет достичь подходящего уровня сопротивления даже в очень маленьких сетях. Температурный коэффициент сопротивления константана вовсе не является чрезмерным.Поэтому у него очень много преимуществ перед другими сплавами.
Constantan обладает хорошей усталостной долговечностью и очень высокой способностью к удлинению. Все эти дополнительные свойства делают его очень полезным и хорошим сплавом. Но этот сплав демонстрирует дрейф в диапазоне температур 65 ° C, поэтому об этом следует помнить при проверке деформации устойчивости датчика, поскольку ее деформация устойчивости является критической при этой температуре.
Приложения Constantan
Применение константана делится на три важные категории:
Измерение температуры
Константан используется для формирования термопар с проволокой из меди, железа и хромеля.Он также используется для формирования хром-константановых термопар, а также для изготовления хороших железо-константановых термопар.
Промышленные реостаты для тяжелых условий эксплуатации
Constantan — идеальный сплав для изготовления сопротивлений пускателей электродвигателей и промышленных реостатов, работающих в тяжелых условиях. Поскольку он имеет высокую удельную термостойкость и хорошую пластичность, он удовлетворяет всем важным требованиям для этой категории спецификаций. Константан превращается в провода большого размера или такого рода требований.
Прецизионные резисторы с проволочной обмоткой
Константин — один из наиболее широко используемых сплавов в прецизионных резисторах с проволочной обмоткой, устройствах регулировки громкости и термостабильных потенциометрах.Это главная привлекательность в этой области из-за того, что у него пренебрежимо малый температурный коэффициент и высокое сопротивление.
Развитие высокой тепловой ЭДС — это еще одно важное свойство константана, заключающееся в том, что он развивает высокую тепловую ЭДС по сравнению с другими металлами. Поэтому он используется в сплавах термопар с другими металлами, такими как железо и медь.
Типы
Сплавы константана бывают двух типов: сплавы P и сплавы A
P Сплав
Если нужно измерить большие деформации, для их измерения можно использовать отожженный константан.Константан, который доступен в этой форме, обычно очень пластичный и имеет длину около 3 мм. Его можно деформировать более чем на 20%. Этот p-сплав доступен с номерами S-T-C 08 и 40, поэтому его можно использовать в металлах и пластмассах.
A — Сплав
СплавConstantan может быть обработан или с компенсацией собственной температуры, так что он может соответствовать широкому диапазону испытываемого материала коэффициентов теплового расширения. Этот сплав поставляется с номерами термокомпенсации — (S-T-C) 00, 03, 05, 06, 13, 30, 40 и 50.Эти числа самокомпенсации температуры имеют соответствующие термические коэффициенты, которые выражаются в частях на миллион, длиной на градус Цельсия, Кельвина или градуса Фаренгейта.
Фото 2 — Константан
Источник — micc.cc
Влияние константана на здоровье
Константан оказывает определенное негативное воздействие на здоровье людей и животных. Если животные вдыхают медную пыль из этого сплава, это может привести к гемолизу красных кровяных телец и отложению гемофусцина в поджелудочной железе и печени.
Для нормального человека воздействие никеля может представлять определенную опасность для здоровья. Поскольку никель является подтвержденным канцерогеном, он может вызывать рак у людей. Еще одна распространенная проблема — повышенная чувствительность к никелю. Может вызывать аллергию и дерматит, легочную астму, воспалительные реакции и конъюнктивит.
Оказывает и другие острые эффекты на другие части тела. Некоторые из его вредных эффектов:
Глаза — порошок может вызвать абразивное раздражение глаз
Кожа — без хронического воздействия на здоровье
Проглатывание — Никель имеет низкую токсичность для перорального применения, медь может вызывать рвоту и тошноту.
Вдыхание — Сообщалось о некоторых случаях астмы, вызванной вдыханием никелевой и медной пыли. Существует высокая вероятность респираторной сенсибилизации.
Меры предосторожности
При хранении константана необходимо соблюдать определенные меры предосторожности. Его следует хранить в прохладном и сухом месте, в плотно закрытой таре. После работы с константаном руки следует тщательно вымыть водой с мылом. Используйте перчатки, чтобы прикасаться к проводам из константана, и они не должны вступать в прямой контакт.
Артикул:
http://en.wikipedia.org/wiki/Constantan
http://www.alloywire.com/products_RW45_Constantan.html
http://www.merriam-webster.com/dictionary/constantan
http://dictionary.reference.com/browse/constantan
http://www.espimetals.com/index.php/msds/535-constantan
http://www.sisweb.com/ms/sis/thermocu.htm
http://www.finishing.com/412/53.shtml
Constantan — обзор | Темы ScienceDirect
14.2.3 Типы термопар
Пять стандартных термопар из недрагоценных металлов: хромель-константан (тип E), железо-константан (тип J), хромель-алюмель (тип K), никросил-низил (тип N) и медь-константан (тип Т). Все они относительно дешевы в производстве, но с возрастом они становятся неточными и имеют короткий срок службы. Во многих приложениях на производительность также влияет загрязнение рабочей средой. Чтобы преодолеть это, термопара может быть заключена в защитную оболочку , но это имеет неблагоприятный эффект, заключающийся в введении значительной постоянной времени, из-за чего термопара медленно реагирует на изменения температуры.Поэтому по возможности используют термопары без защиты.
Хромель-константановые термопары (тип E) обеспечивают наивысшую чувствительность измерения 68 мкВ / ° C с погрешностью ± 0,5% и полезным диапазоном измерения от –200 ° C до 900 ° C. К сожалению, хотя они могут удовлетворительно работать в окислительной среде без защиты, на их характеристики и срок службы серьезно влияет восстановительная атмосфера.
Термопары железо-константан (тип J) имеют чувствительность 55 мкВ / ° C и являются предпочтительным типом для измерений общего назначения в диапазоне температур от -40 ° C до +750 ° C, где типичная погрешность измерения составляет ± 0.75%. На их характеристики мало влияет ни окислительная, ни восстановительная атмосфера.
Медь-константановые термопары (тип T) имеют чувствительность измерения 43 мкВ / ° C и находят свое основное применение при измерении отрицательных температур до −200 ° C с погрешностью ± 0,75%. Их также можно использовать как в окислительной, так и в восстановительной атмосфере для измерения температуры до 350 ° C.
Хромель-алюмелевые термопары (тип K) — широко используемые устройства общего назначения с чувствительностью измерения 41 мкВ / ° C.Их выходная характеристика особенно линейна в диапазоне температур от 700 ° C до 1200 ° C, и поэтому это их основное применение, хотя их полный диапазон измерения составляет от -200 ° C до +1300 ° C. Как и устройства хромель-константан, они подходят для окислительной атмосферы, но не для восстановительной, если не защищены оболочкой. Погрешность их измерения составляет ± 0,75%.
Термопары Nicrosil – nisil (тип N) были разработаны с особым намерением увеличить срок службы и стабильность хромель – алюмелевых термопар.Поэтому они имеют термоэлектрические характеристики, аналогичные последним, но их долговременная стабильность и срок службы по крайней мере в три раза лучше. Это позволяет использовать их при температурах до 1300 ° C. Их чувствительность измерения составляет 39 мкВ / ° C, а типичная погрешность измерения составляет ± 0,75%. Подробное сравнение устройств типа K и N можно найти в Brookes (1985).
Термопары никель / молибден-никель-кобальт (тип M) имеют одну проволоку из никель-молибденового сплава с 18% молибдена, а другую проволоку из никель-кобальтового сплава с 0.8% кобальта. Они могут измерять температуру до 1400 ° C, что выше, чем у других типов термопар из недрагоценных металлов. К сожалению, они повреждаются как в окислительной, так и в восстановительной атмосфере. Это означает, что они используются редко, за исключением специальных применений, таких как измерение температуры в вакуумных печах.
Термопары из благородных металлов дороги, но они обладают высокой стабильностью и длительным сроком службы даже при использовании при высоких температурах, хотя их нельзя использовать в восстановительной атмосфере.К сожалению, их чувствительность измерения относительно невысока. Из-за этого их использование в основном ограничивается измерением высоких температур, если только рабочая среда не является особенно агрессивной при низких температурах. Используются различные комбинации металлов платины и вольфрама, а также металлических сплавов платина-родий, вольфрам-рений и золото-железо.
Платиновые термопары (тип B) имеют одну проволоку, изготовленную из сплава платина-родий с 30% родия, а другую проволоку — из сплава платины-родия с 6% родия.Их заявленный диапазон измерения составляет от +50 ° C до +1800 ° C, с чувствительностью измерения 10 мкВ / ° C.
Платиновые термопары (тип R) имеют один провод из чистой платины, а другой провод из сплава платины с родием с 13% родия. Заявленный диапазон измерения составляет от 0 ° C до +1700 ° C, с чувствительностью измерения 10 мкВ / ° C и указанной погрешностью ± 0,5%.
Платиновые термопары (тип S) имеют один провод из чистой платины, а другой провод из сплава платины с родием с 10% родия.Они имеют характеристики, аналогичные характеристикам устройств типа R, с указанным диапазоном измерения от 0 ° C до +1750 ° C, чувствительностью измерения 10 мкВ / ° C и погрешностью ± 0,5%.
Вольфрамовые термопары (тип C) имеют один провод из чистого вольфрама, а другой провод из сплава вольфрам / рений. Их чувствительность измерения 20 мкВ / ° C вдвое выше, чем у платиновых термопар, и они также могут работать при температурах до 2300 ° C. К сожалению, они повреждаются как в окислительной, так и в восстановительной атмосфере.Поэтому их основное применение — измерение температуры в вакуумных печах.
Термопары хромель-золото / железо имеют один провод из хромеля, а другой провод из сплава золото / железо, который фактически является почти чистым золотом, но с очень небольшим содержанием железа (обычно 0,15%). Это редкие термопары специального назначения с типичной чувствительностью измерения 15 мкВ / ° K, разработанные специально для криогенных (очень низких температур) приложений. Самая низкая измеряемая температура — 1.2 K. Доступно несколько версий, которые различаются по содержанию железа и, как следствие, различиями в диапазоне измерения и чувствительности. Из-за различий в содержании железа, а также из-за их редкости на них нет международного шрифта.
Константин — обзор | Темы ScienceDirect
6.2.2.1 Анализ методом дифференциальной сканирующей калориметрии
Анализ ДСК — это термоаналитический метод, используемый для измерения температуры плавления, температуры стеклования, теплоты плавления, скрытой теплоты плавления, удельной теплоемкости или теплоемкости, температуры и энергии кристаллического фазового перехода. , энергия и температура осаждения, а также время индукции окисления удельной теплоемкости или теплоемкости.Анализ DSC измеряет количество энергии, поглощаемой или выделяемой образцом при его нагревании или охлаждении, предоставляя количественные и качественные данные об эндотермических (поглощение тепла) и экзотермических (выделение тепла) процессах.
Образец помещают в подходящую чашу для образцов и удерживают в константановом диске на платформе в ячейке для анализа ДСК с хромелевой пластиной непосредственно под ним. Термопара хромель-алюмель под константановым диском измеряет температуру образца. Пустая эталонная чаша находится на симметричной платформе с собственной хромелевой пластиной и хромель-алюмелевой термопарой.Тепловой поток измеряется путем сравнения разницы температур между образцом и эталонной хромелевой пластиной.
Дифференциальная сканирующая калориметрия с температурной модуляцией (TMDSC) — это усовершенствованный термоаналитический метод по сравнению с традиционными методами, который включает наложение модуляции на программу линейного нагрева, охлаждения или изотермической температуры. Температурная модуляция может быть определена с помощью линейной пилообразной формы, формы волны, синусоидальной функции или другой математической функции.
Дискретное преобразование Фурье модулированного теплового потока (необработанный сигнал) генерирует динамический тепловой поток и деконволюцию (средний) отклик. Последний обозначается как полный тепловой поток. Его можно разделить на теплоемкость и кинетические составляющие, также известные как реверсивный и нереверсивный тепловой поток соответственно. Альтернативная вероятность интерпретации результатов подтверждается расчетом комплексной теплоемкости, которая обозначает отношение амплитуды модулированного теплового потока к амплитуде модулированной скорости нагрева.
TMDSC также описывается как альтернативный DSC (ADSC). ADSC распознается как модуляция температуры во время постоянной скорости нагрева в неизотермических экспериментах, но квазиизотермические условия означают, что температура изменяется синусоидальным образом с угловой частотой ω (радиан с -1 ) и, соответственно, с меньшей амплитудой около постоянная температура.
Используются кюветы из Al, Cu, Pt, Au, Al 2 O 3 и графита, и их необходимо выбирать, чтобы избежать реакций с образцами и с учетом температурного диапазона измерения.В камере ДСК можно использовать любую из следующих атмосфер, а именно азот, аргон, воздух, кислород, вакуум до 30 мТорр и контролируемые смешанные газы. DSC используется для определения термических свойств пластмасс, полимеров, клеев, фармацевтических материалов, восков, герметиков, металлических сплавов, пищевых продуктов, смазок, масел, сплавов с памятью формы, удобрений, катализаторов и образований интерметаллических соединений.
Что такое константан — 45Ni-55Cu — Температурный коэффициент сопротивления — Электрическая стойкость — Определение
Constantan — это медно-никелевый сплав, состоящий обычно из 55% меди и 45% никеля и определенных небольших количеств дополнительных элементов для достижения точных (почти постоянных) значений температурного коэффициента удельного сопротивления .Это означает, что его главной особенностью является низкое тепловое изменение его удельного сопротивления, которое остается постоянным в широком диапазоне температур. Известны другие сплавы с такими же низкими температурными коэффициентами, например манганин.
Этот сплав имеет высокое удельное электрическое сопротивление (4,9 x 10 −7 Ом · м), достаточно высокое для достижения подходящих значений сопротивления даже в очень маленьких решетках, самый низкий температурный коэффициент сопротивления и самую высокую термоэдс (также известную как Эффект Зеебека) против платины любого из медно-никелевых сплавов.Из-за первых двух из этих свойств он используется для электрических резисторов, а из-за последнего свойства — для термопар. Термопары — это электрические устройства, состоящие из двух разнородных электрических проводников, образующих электрический спай. Термопара создает зависящее от температуры напряжение в результате термоэлектрического эффекта, и это напряжение можно интерпретировать как измерение температуры.
Например, константан является отрицательным элементом термопары типа J, а железо — положительным.Термопары типа J используются при термообработке. Кроме того, константан является отрицательным элементом термопары типа Т, а медь — положительным. Эти термопары используются при криогенных температурах.
Температурный коэффициент сопротивления константана
Температурный коэффициент сопротивления (TCR), который описывает, насколько его значение изменяется при изменении его температуры , константана — 45Ni-55Cu составляет ± 30 ppm / ° C. Обычно он выражается в единицах ppm / ° C ( частей на миллион на градус Цельсия).
Коэффициент теплового расширения константана
Линейный коэффициент теплового расширения константана при температуре от 25 до 105 ° C составляет 14,9 x 10 -6 K -1 .
Тепловое расширение обычно представляет собой тенденцию вещества изменять свои размеры в ответ на изменение температуры. Обычно это выражается как относительное изменение длины или объема на единицу изменения температуры. Тепловое расширение характерно для твердых тел, жидкостей и газов. В отличие от газов или жидкостей твердые материалы, как правило, сохраняют свою форму при тепловом расширении.Коэффициент линейного расширения обычно используется для описания расширения твердого тела, в то время как коэффициент объемного расширения более полезен для жидкости или газа.
Коэффициент линейного теплового расширения определяется как:
, где L — это конкретное измерение длины, а dL / dT — скорость изменения этого линейного размера на единицу изменения температуры.
Электрическое сопротивление константана
Удельное электрическое сопротивление константана — 45Ni-55Cu составляет 4.9 x 10 −7 Ом · м, достаточно высокое, чтобы обеспечить подходящие значения сопротивления даже в очень маленьких сетях.
Удельное электрическое сопротивление и его обратное значение, , электропроводность , является фундаментальным свойством материала, которое количественно определяет, насколько сильно он сопротивляется или проводит электрический ток. Низкое удельное сопротивление указывает на материал, который легко пропускает электрический ток. Символом удельного сопротивления обычно является греческая буква ρ (ро). Единица измерения удельного электрического сопротивления в системе СИ — ом-метр (Ом⋅м).Обратите внимание, что удельное электрическое сопротивление — это не то же самое, что электрическое сопротивление. Электрическое сопротивление выражается в Ом. В то время как удельное сопротивление — это свойство материала, сопротивление — это свойство объекта.
Теплопроводность константана — 45Ni-55Cu
Коэффициент теплопроводности константана — 45Ni-55Cu составляет 21 Вт / (м · К).
Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью , , k (или λ), измеряемым в Вт / м.К . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применяется ко всем веществам, независимо от их состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.
Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры. Для паров это также зависит от давления. Всего:
Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно можно записать k = k (T) .Подобные определения связаны с теплопроводностью в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.
& nbsp;
Константан — 45Ni-55Cu — Свойства и применение
Constantan — это медно-никелевый сплав, состоящий обычно из 55% меди и 45% никеля и определенных небольших количеств дополнительных элементов для достижения точных (почти постоянных) значений температурного коэффициента удельного сопротивления .Это означает, что его главной особенностью является низкое тепловое изменение его удельного сопротивления, которое остается постоянным в широком диапазоне температур. Известны другие сплавы с такими же низкими температурными коэффициентами, например манганин.
Этот сплав имеет высокое удельное электрическое сопротивление (4,9 x 10 −7 Ом · м), достаточно высокое для достижения подходящих значений сопротивления даже в очень маленьких решетках, самый низкий температурный коэффициент сопротивления и самую высокую термоэдс (также известную как Эффект Зеебека) против платины любого из медно-никелевых сплавов.Из-за первых двух из этих свойств он используется для электрических резисторов, а из-за последнего свойства — для термопар. Термопары — это электрические устройства, состоящие из двух разнородных электрических проводников, образующих электрический спай. Термопара создает зависящее от температуры напряжение в результате термоэлектрического эффекта, и это напряжение можно интерпретировать как измерение температуры.
Например, константан является отрицательным элементом термопары типа J, а железо — положительным.Термопары типа J используются при термообработке. Кроме того, константан является отрицательным элементом термопары типа Т, а медь — положительным. Эти термопары используются при криогенных температурах.
В ядерных реакторах термопары расположены в заранее выбранных местах для измерения температуры теплоносителя на выходе из тепловыделяющих сборок для использования при контроле радиального распределения мощности и теплоносителя из активной зоны. Но в этом случае термопары должны выдерживать нейтронное облучение, поэтому предпочтительны термопары типа E (хромель-алюмель) или другие специальные термопары.
Свойства константана — 45Ni-55Cu
Свойства материала — это интенсивных свойств , это означает, что они не зависят от количества массы и могут изменяться от места к месту в системе в любой момент. В основе материаловедения лежит изучение структуры материалов и их соотнесение с их свойствами (механическими, электрическими и т. Д.). Как только специалист по материалам узнает об этой корреляции структура-свойство, он может перейти к изучению относительных характеристик материала в данном приложении.Основными определяющими факторами структуры материала и, следовательно, его свойств являются составляющие его химические элементы и способ, которым он был переработан в свою окончательную форму.
Механические свойства константана — 45Ni-55Cu
Материалы часто выбирают для различных применений, потому что они имеют желаемое сочетание механических характеристик. Для структурных применений свойства материалов имеют решающее значение, и инженеры должны их учитывать.
Прочность константана — 45Ni-55Cu
В механике материалов прочность материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Прочность материалов в основном рассматривает взаимосвязь между внешними нагрузками , приложенными к материалу, и результирующей деформацией или изменением размеров материала. Прочность материала — это его способность выдерживать эту приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации.
Предел прочности на разрыв
Предел прочности при растяжении константана — 45Ni-55Cu сильно зависит от процедуры термообработки, но для отожженного сплава составляет около 420 МПа.
Предел прочности при растяжении является максимальным на инженерной кривой зависимости напряжения от деформации. Это соответствует максимальному напряжению , которое может выдержать конструкция при растяжении. Предел прочности на разрыв часто сокращают до «прочности на разрыв» или даже до «предела». Если это напряжение приложить и поддерживать, в результате произойдет разрушение. Часто это значение значительно превышает предел текучести (на 50–60 процентов больше, чем предел текучести для некоторых типов металлов).Когда пластичный материал достигает предела прочности, он испытывает образование шейки, где площадь поперечного сечения локально уменьшается. Кривая «напряжение-деформация» не содержит напряжения, превышающего предел прочности. Несмотря на то, что деформации могут продолжать увеличиваться, напряжение обычно уменьшается после достижения предела прочности. Это интенсивное свойство; поэтому его значение не зависит от размера испытуемого образца. Однако это зависит от других факторов, таких как подготовка образца, наличие или отсутствие поверхностных дефектов и температура испытательной среды и материала. Предел прочности на разрыв варьируется от 50 МПа для алюминия до 3000 МПа для очень высокопрочных сталей.
Предел текучести
Предел текучести константана — 45Ni-55Cu сильно зависит от способа термообработки, но для отожженного сплава составляет около 150 МПа.
Предел текучести — это точка на кривой зависимости напряжения от деформации, которая указывает предел упругого поведения и начало пластического поведения. Предел текучести или предел текучести — это свойство материала, определяемое как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться, тогда как предел текучести — это точка, в которой начинается нелинейная (упругая + пластическая) деформация.До достижения предела текучести материал будет упруго деформироваться и вернется к своей исходной форме, когда приложенное напряжение будет снято. После достижения предела текучести некоторая часть деформации будет постоянной и необратимой. Некоторые стали и другие материалы демонстрируют поведение, называемое явлением предела текучести. Предел текучести варьируется от 35 МПа для алюминия с низкой прочностью до более 1400 МПа для высокопрочных сталей.
Модуль упругости Юнга
Модуль упругости константана — 45Ni-55Cu Юнга составляет около 162 ГПа.
Модуль упругости Юнга представляет собой модуль упругости для растягивающего и сжимающего напряжения в режиме линейной упругости при одноосной деформации и обычно оценивается с помощью испытаний на растяжение. С точностью до предельного напряжения тело сможет восстановить свои размеры при снятии нагрузки. Приложенные напряжения заставляют атомы в кристалле перемещаться из своего положения равновесия. Все атомы смещаются на одинаковую величину и по-прежнему сохраняют свою относительную геометрию. Когда напряжения снимаются, все атомы возвращаются в исходное положение, и остаточная деформация не происходит.Согласно закону Гука , напряжение пропорционально деформации (в упругой области), а наклон равен модулю Юнга . Модуль Юнга равен продольному напряжению, деленному на деформацию.
Твердость константана — 45Ni-55Cu
Твердость константана по Роквеллу — 45Ni-55Cu составляет примерно 50 HRB.
Испытание на твердость по Роквеллу — одно из наиболее распространенных испытаний на твердость при вдавливании, которое было разработано для испытания на твердость.В отличие от теста Бринелля, тестер Роквелла измеряет глубину проникновения индентора при большой нагрузке (большая нагрузка) по сравнению с проникновением при предварительной нагрузке (незначительная нагрузка). Незначительная нагрузка устанавливает нулевое положение. Основная нагрузка прикладывается, затем снимается, сохраняя при этом второстепенную нагрузку. Разница между глубиной проникновения до и после приложения основной нагрузки используется для расчета числа твердости по Роквеллу . То есть глубина проникновения и твердость обратно пропорциональны.Основным преимуществом твердости по Роквеллу является ее способность отображать значения твердости напрямую . Результатом является безразмерное число, обозначенное как HRA, HRB, HRC и т. Д., Где последняя буква — соответствующая шкала Роквелла.
Тест Rockwell C проводится с пенетратором Brale (, алмазный конус 120 °, ) и основной нагрузкой 150 кг.
Тепловые свойства константана — 45Ni-55Cu
Термические свойства материалов относятся к реакции материалов на изменения их температуры и на приложение тепла.Поскольку твердое тело поглощает энергию в виде тепла, его температура повышается, а его размеры увеличиваются. Но разных материалов по-разному реагируют на на приложение тепла .
Теплоемкость, тепловое расширение и теплопроводность — это свойства, которые часто имеют решающее значение при практическом использовании твердых тел.
Точка плавления константана — 45Ni-55Cu
Температура плавления константана — 45Ni-55Cu составляет около 1210 ° C.
В общем, плавление представляет собой фазовый переход вещества из твердой в жидкую фазу.Температура плавления вещества — это температура, при которой происходит это фазовое изменение. Точка плавления также определяет состояние, в котором твердое вещество и жидкость могут существовать в равновесии.
Теплопроводность константана — 45Ni-55Cu
Коэффициент теплопроводности константана — 45Ni-55Cu составляет 21 Вт / (м · К).
Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью , , k (или λ), измеряемым в Вт / м.К . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применяется ко всем веществам, независимо от их состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.
Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры. Для паров это также зависит от давления. Всего:
Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно можно записать k = k (T) .Подобные определения связаны с теплопроводностью в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.
Температурный коэффициент сопротивления константана
Температурный коэффициент сопротивления (TCR), который описывает, насколько его значение изменяется при изменении его температуры , константана — 45Ni-55Cu составляет ± 30 ppm / ° C. Обычно он выражается в единицах ppm / ° C ( частей на миллион на градус Цельсия).
Коэффициент теплового расширения константана
Линейный коэффициент теплового расширения константана при температуре от 25 до 105 ° C составляет 14,9 x 10 -6 K -1 .
Тепловое расширение обычно представляет собой тенденцию вещества изменять свои размеры в ответ на изменение температуры. Обычно это выражается как относительное изменение длины или объема на единицу изменения температуры. Тепловое расширение характерно для твердых тел, жидкостей и газов. В отличие от газов или жидкостей твердые материалы, как правило, сохраняют свою форму при тепловом расширении.Коэффициент линейного расширения обычно используется для описания расширения твердого тела, в то время как коэффициент объемного расширения более полезен для жидкости или газа.
Коэффициент линейного теплового расширения определяется как:
, где L — это конкретное измерение длины, а dL / dT — скорость изменения этого линейного размера на единицу изменения температуры.
Электрическое сопротивление константана
Удельное электрическое сопротивление константана — 45Ni-55Cu составляет 4.9 x 10 −7 Ом · м, достаточно высокое, чтобы обеспечить подходящие значения сопротивления даже в очень маленьких сетях.
Удельное электрическое сопротивление и его обратное значение, , электропроводность , является фундаментальным свойством материала, которое количественно определяет, насколько сильно он сопротивляется или проводит электрический ток. Низкое удельное сопротивление указывает на материал, который легко пропускает электрический ток. Символом удельного сопротивления обычно является греческая буква ρ (ро). Единица измерения удельного электрического сопротивления в системе СИ — ом-метр (Ом⋅м).Обратите внимание, что удельное электрическое сопротивление — это не то же самое, что электрическое сопротивление. Электрическое сопротивление выражается в Ом. В то время как удельное сопротивление — это свойство материала, сопротивление — это свойство объекта.
20.3 Сопротивление и удельное сопротивление — BCIT Physics 0312 Учебник
Сводка
- Объясните понятие удельного сопротивления.
- Используйте удельное сопротивление для расчета сопротивления материалов указанной конфигурации.
- Используйте термический коэффициент удельного сопротивления для расчета изменения сопротивления в зависимости от температуры.
Сопротивление объекта зависит от его формы и материала, из которого он сделан. Цилиндрический резистор на Рисунке 1 легко анализировать, и таким образом мы можем получить представление о сопротивлении более сложных форм. Как и следовало ожидать, электрическое сопротивление цилиндра [латекс] \ boldsymbol {R} [/ latex] прямо пропорционально его длине [латекс] \ boldsymbol {L} [/ latex], подобно сопротивлению трубы потоку жидкости. . Чем длиннее цилиндр, тем больше зарядов соударяется с его атомами.Чем больше диаметр цилиндра, тем больше тока он может пропускать (аналогично потоку жидкости по трубе). Фактически, [латекс] \ boldsymbol {R} [/ latex] обратно пропорционален площади поперечного сечения цилиндра [латекс] \ boldsymbol {A} [/ latex].
Рисунок 1. Однородный цилиндр длиной L и площадью поперечного сечения A . Его сопротивление потоку тока аналогично сопротивлению, которое труба оказывает потоку жидкости.Чем длиннее цилиндр, тем больше его сопротивление. Чем больше его площадь поперечного сечения A , тем меньше его сопротивление.Для данной формы сопротивление зависит от материала, из которого состоит объект. Различные материалы обладают разным сопротивлением потоку заряда. Мы определяем удельное сопротивление [латекс] \ boldsymbol {\ rho} [/ латекс] вещества так, чтобы сопротивление [латекс] \ boldsymbol {R} [/ латекс] объекта было прямо пропорционально [латексу] \ boldsymbol {\ rho} [/ латекс].Удельное сопротивление [латекс] \ boldsymbol {\ rho} [/ latex] — это внутреннее свойство материала, независимо от его формы или размера. Сопротивление [латекс] \ boldsymbol {R} [/ latex] однородного цилиндра длины [латекс] \ boldsymbol {L} [/ latex], площади поперечного сечения [латекс] \ boldsymbol {A} [/ latex] и изготовлен из материала с удельным сопротивлением [латекс] \ boldsymbol {\ rho} [/ latex], составляет
[латекс] \ boldsymbol {R =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ rho L} {A}} [/ latex].
В таблице 1 приведены типичные значения [латекс] \ boldsymbol {\ rho} [/ latex].Материалы, перечисленные в таблице, разделены на категории проводников, полупроводников и изоляторов на основе широких групп удельных сопротивлений. У проводников наименьшее удельное сопротивление, а у изоляторов наибольшее; полупроводники имеют промежуточное удельное сопротивление. Проводники имеют различную, но большую плотность свободных зарядов, тогда как большинство зарядов в изоляторах связаны с атомами и не могут двигаться. Полупроводники являются промежуточными, имеют гораздо меньше свободных зарядов, чем проводники, но обладают свойствами, из-за которых количество свободных зарядов сильно зависит от типа и количества примесей в полупроводнике.{11}} [/ латекс]
Пример 1: Расчет диаметра резистора: нить накала фары
Нить накала автомобильной фары изготовлена из вольфрама и имеет морозостойкость [латекс] \ boldsymbol {0,350 \; \ Omega} [/ латекс]. Если нить представляет собой цилиндр длиной 4,00 см (ее можно свернуть в бухту для экономии места), каков ее диаметр?
Стратегия
Мы можем изменить уравнение [латекс] \ boldsymbol {R = \ frac {\ rho L} {A}} [/ latex], чтобы найти площадь поперечного сечения [латекс] \ boldsymbol {A} [/ латекс] нить из предоставленной информации.Тогда его диаметр можно определить, предположив, что он имеет круглое поперечное сечение.
Решение
Площадь поперечного сечения, найденная путем перестановки выражения для сопротивления цилиндра, приведенного в [latex] \ boldsymbol {R = \ frac {\ rho L} {A}} [/ latex], составляет
[латекс] \ boldsymbol {A =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ rho L} {R}} [/ latex]
Подставляя указанные значения и беря [latex] \ boldsymbol {\ rho} [/ latex] из таблицы 1, получаем
[латекс] \ begin {array} {r @ {{} = {}} l} \ boldsymbol {A} & \ boldsymbol {\ frac {(5.{-5} \; \ textbf {m}} \ end {array}. [/ Latex]
Обсуждение
Диаметр чуть меньше десятой миллиметра. Он состоит только из двух цифр, потому что [латекс] \ boldsymbol {\ rho} [/ latex] известен только двумя цифрами.
Удельное сопротивление всех материалов зависит от температуры. Некоторые даже становятся сверхпроводниками (нулевое сопротивление) при очень низких температурах. (См. Рисунок 2.) И наоборот, удельное сопротивление проводников увеличивается с увеличением температуры. Поскольку атомы колеблются быстрее и на больших расстояниях при более высоких температурах, электроны, движущиеся через металл, совершают больше столкновений, эффективно увеличивая удельное сопротивление.При относительно небольших изменениях температуры (около 100ºC или меньше) удельное сопротивление [латекс] \ boldsymbol {\ rho} [/ latex] изменяется с изменением температуры [латекс] \ boldsymbol {\ Delta T} [/ latex], как выражается в следующем уравнении
[латекс] \ boldsymbol {\ rho = \ rho_ {0} (1 + \ alpha \ Delta T)}, [/ латекс]
, где [latex] \ boldsymbol {\ rho_0} [/ latex] — это исходное удельное сопротивление, а [latex] \ boldsymbol {\ alpha} [/ latex] — это температурный коэффициент сопротивления . (См. Значения [latex] \ boldsymbol {\ alpha} [/ latex] в Таблице 2 ниже.) Для более значительных изменений температуры [латекс] \ boldsymbol {\ alpha} [/ latex] может изменяться, или может потребоваться нелинейное уравнение, чтобы найти [латекс] \ boldsymbol {\ rho} [/ latex]. Обратите внимание, что [latex] \ boldsymbol {\ alpha} [/ latex] положительно влияет на металлы, то есть их удельное сопротивление увеличивается с температурой. Некоторые сплавы были разработаны специально, чтобы иметь небольшую температурную зависимость. Например, у манганина (который состоит из меди, марганца и никеля) [латекс] \ boldsymbol {\ alpha} [/ latex] близок к нулю (до трех цифр на шкале в Таблице 2), поэтому его удельное сопротивление незначительно меняется в зависимости от температуры.Это полезно, например, для создания не зависящего от температуры эталона сопротивления.
Рисунок 2. Сопротивление образца ртути равно нулю при очень низких температурах — это сверхпроводник примерно до 4,2 К. Выше этой критической температуры его сопротивление совершает внезапный скачок, а затем увеличивается почти линейно с температурой.| Материал | Коэффициент [латекс] \ boldsymbol {\ alpha} [/ латекс] (1 / ° C) 2 |
|---|---|
| Проводники | |
| Серебро | [латекс] \ boldsymbol {3.{-3}} [/ латекс] |
| Таблица 2: Температурные коэффициенты сопротивления [латекс] \ boldsymbol {\ alpha} [/ latex] | |
Обратите внимание, что значение [latex] \ boldsymbol {\ alpha} [/ latex] отрицательно для полупроводников, перечисленных в таблице 2, что означает, что их удельное сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Они становятся лучшими проводниками при более высоких температурах, потому что повышенное тепловое перемешивание увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока. Это свойство уменьшения [латекса] \ boldsymbol {\ rho} [/ latex] с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках.
Сопротивление объекта также зависит от температуры, поскольку [латекс] \ boldsymbol {R_0} [/ latex] прямо пропорционален [латексу] \ boldsymbol {\ rho} [/ latex]. Для цилиндра мы знаем [латекс] \ boldsymbol {R = \ rho L / A} [/ latex], и поэтому, если [латекс] \ boldsymbol {L} [/ latex] и [латекс] \ boldsymbol {A} [ / latex] не сильно изменяются с температурой, [latex] \ boldsymbol {R} [/ latex] будет иметь такую же температурную зависимость, как [latex] \ boldsymbol {\ rho} [/ latex]. (Исследование коэффициентов линейного расширения показывает, что они примерно на два порядка меньше, чем типичные температурные коэффициенты удельного сопротивления, и поэтому влияние температуры на [латекс] \ boldsymbol {L} [/ latex] и [латекс] \ boldsymbol {A} [/ latex] примерно на два порядка меньше, чем [latex] \ boldsymbol {\ rho} [/ latex].) Таким образом,
[латекс] \ boldsymbol {R = R_0 (1 + \ alpha \ Delta T)} [/ латекс]
— это температурная зависимость сопротивления объекта, где [latex] \ boldsymbol {R_0} [/ latex] — исходное сопротивление, а [latex] \ boldsymbol {R} [/ latex] — сопротивление после изменения температуры [ латекс] \ boldsymbol {\ Delta T} [/ латекс]. Многие термометры основаны на влиянии температуры на сопротивление. (См. Рис. 3.) Одним из наиболее распространенных является термистор, полупроводниковый кристалл с сильной температурной зависимостью, сопротивление которого измеряется для определения его температуры.Устройство небольшое, поэтому быстро приходит в тепловое равновесие с той частью человека, к которой прикасается.
Рис. 3. Эти знакомые термометры основаны на автоматическом измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры. (Источник: Biol, Wikimedia Commons)Пример 2: Расчет сопротивления: сопротивление горячей нити
Хотя следует соблюдать осторожность при применении [latex] \ boldsymbol {\ rho = \ rho_0 (1 + \ alpha \ Delta T)} [/ latex] и [latex] \ boldsymbol {R = R_0 (1 + \ alpha \ Delta T)} [/ latex] для изменений температуры более 100 ° C, для вольфрама уравнения достаточно хорошо работают для очень больших изменений температуры. {\ circ} \ textbf {C}} [/ latex].{\ circ} C)]} \\ [1em] & \ boldsymbol {4.8 \; \ Omega} \ end {array}. [/ latex]
Обсуждение
Это значение согласуется с примером сопротивления фары в Примере 1, Глава 20.2 Закон Ома: сопротивление и простые схемы.
Исследования PhET: сопротивление в проводе
Узнайте о физике сопротивления в проводе. Измените его удельное сопротивление, длину и площадь, чтобы увидеть, как они влияют на сопротивление провода. Размеры символов в уравнении меняются вместе со схемой провода.
Рисунок 4. Сопротивление в проводе.- Сопротивление [латекс] \ boldsymbol {R} [/ латекс] цилиндра длины [латекс] \ boldsymbol {L} [/ латекс] и площади поперечного сечения [латекс] \ boldsymbol {A} [/ латекс] это [латекс] \ boldsymbol {R = \ frac {\ rho L} {A}} [/ latex], где [latex] \ boldsymbol {\ rho} [/ latex] — удельное сопротивление материала.
- Значения [латекс] \ boldsymbol {\ rho} [/ latex] в таблице 1 показывают, что материалы делятся на три группы: проводники , полупроводники и изоляторы .
- Температура влияет на удельное сопротивление; для относительно небольших изменений температуры [латекс] \ boldsymbol {\ Delta T} [/ latex], удельное сопротивление равно [латекс] \ boldsymbol {\ rho = \ rho_0 (1 + \ alpha \ Delta T)} [/ latex], где [ latex] \ boldsymbol {\ rho_0} [/ latex] — исходное удельное сопротивление, а αα — температурный коэффициент удельного сопротивления.
- В таблице 2 приведены значения для [латекс] \ boldsymbol {\ alpha} [/ latex], температурного коэффициента удельного сопротивления.
- Сопротивление [латекс] \ boldsymbol {R} [/ латекс] объекта также зависит от температуры: [латекс] \ boldsymbol {R = R_0 (1 + \ alpha \ Delta T)} [/ латекс], где [латекс ] \ boldsymbol {R_0} [/ latex] — это исходное сопротивление, а [latex] \ boldsymbol {R} [/ latex] — это сопротивление после изменения температуры.
Концептуальные вопросы
1: В каком из трех полупроводниковых материалов, перечисленных в таблице 1, примеси обеспечивают свободный заряд? (Подсказка: изучите диапазон удельного сопротивления для каждого и определите, имеет ли чистый полупроводник более высокую или более низкую проводимость.)
2: Зависит ли сопротивление объекта от пути тока, проходящего через него? Рассмотрим, например, прямоугольный стержень — одинаковое ли сопротивление по длине и по ширине? (См. Рисунок 5.)
Рис. 5. Встречается ли ток, проходящий по двум разным путям через один и тот же объект, с разным сопротивлением?3: Если алюминиевый и медный провода одинаковой длины имеют одинаковое сопротивление, какой из них имеет больший диаметр? Почему?
4: Объясните, почему [латекс] \ boldsymbol {R = R_0 (1 + \ alpha \ Delta T)} [/ latex] для температурного изменения сопротивления [латекс] \ boldsymbol {R} [/ латекс] объект не такой точный, как [латекс] \ boldsymbol {\ rho = \ rho_0 (1 + \ alpha \ Delta T)} [/ latex], который дает температурное изменение удельного сопротивления [латекс] \ boldsymbol {\ rho} [ /латекс].
Задачи и упражнения
1: Каково сопротивление отрезка медного провода 12 калибра длиной 20,0 м и диаметром 2,053 мм?
2: Диаметр медного провода нулевого сечения составляет 8,252 мм. Найдите сопротивление такого провода длиной 1,00 км, используемого для передачи энергии.
3: Если вольфрамовая нить диаметром 0,100 мм в лампочке должна иметь сопротивление [латекс] \ boldsymbol {0.200 \; \ Omega} [/ latex] при 20,0 ° C, какой длины она должна быть?
4: Найдите отношение диаметра алюминиевого провода к медному, если они имеют одинаковое сопротивление на единицу длины (как в бытовой электропроводке).3 \; \ textbf {V}} [/ latex] применяется к нему? (Такой стержень может быть использован, например, для изготовления детекторов ядерных частиц.)
6: (a) До какой температуры нужно нагреть медный провод, изначально равный 20,0 ° C, чтобы удвоить его сопротивление, не обращая внимания на любые изменения размеров? (б) Происходит ли это в бытовой электропроводке при обычных обстоятельствах?
7: Резистор из нихромовой проволоки используется там, где его сопротивление не может измениться более чем на 1,00% от значения 20.0ºC. В каком температурном диапазоне его можно использовать?
8: Из какого материала изготовлен резистор, если его сопротивление на 40,0% больше при 100 ° C, чем при 20,0 ° C?
9: Электронное устройство, предназначенное для работы при любой температуре в диапазоне от –10,0 ° C до 55,0 ° C, содержит резисторы из чистого углерода. В какой степени их сопротивление увеличивается в этом диапазоне?
10: (a) Из какого материала изготовлена проволока, если она имеет длину 25,0 м, диаметр 0,100 мм и сопротивление [латекс] \ boldsymbol {77.7 \; \ Omega} [/ latex] при 20,0ºC? (б) Каково его сопротивление при 150 ° C?
11: Предполагая постоянный температурный коэффициент удельного сопротивления, каков максимальный процент уменьшения сопротивления константановой проволоки, начиная с 20,0 ° C?
12: Проволока протягивается через матрицу, растягивая ее в четыре раза по сравнению с исходной длиной. По какому фактору увеличивается его сопротивляемость?
13: Медный провод имеет сопротивление [латекс] \ boldsymbol {0,500 \; \ Omega} [/ латекс] при 20.{\ circ} \ textbf {C}} [/ latex]), когда он находится при той же температуре, что и пациент. Какова температура пациента, если сопротивление термистора при этой температуре составляет 82,0% от его значения при 37,0 ° C (нормальная температура тела)? (b) Отрицательное значение [latex] \ boldsymbol {\ alpha} [/ latex] не может поддерживаться при очень низких температурах. Обсудите, почему и так ли здесь. (Подсказка: сопротивление не может стать отрицательным.)
15: интегрированные концепции
(a) Повторите упражнение 2 с учетом теплового расширения вольфрамовой нити.{\ circ} \ textbf {C}} [/ латекс]. б) На какой процент ваш ответ отличается от приведенного в примере?
16: Необоснованные результаты
(a) До какой температуры нужно нагреть резистор из константана, чтобы удвоить его сопротивление, при условии постоянного температурного коэффициента удельного сопротивления? б) разрезать пополам? (c) Что необоснованного в этих результатах? (d) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?
Сноски
- Значения сильно зависят от количества и типа примесей
- Значения при 20 ° C.
Глоссарий
- удельное сопротивление
- внутреннее свойство материала, независимо от его формы или размера, прямо пропорциональное сопротивлению, обозначенное как ρ
- температурный коэффициент удельного сопротивления
- эмпирическая величина, обозначенная как α , которая описывает изменение сопротивления или удельного сопротивления материала с температурой
Решения
Задачи и упражнения
1: [латекс] \ boldsymbol {0.{-3} \; \ textbf {A}} [/ latex]
7: от −5ºC до 45ºC
9: 1.03
11: 0,06%
13: −17ºC
15: (a) [латекс] \ boldsymbol {4.7 \; \ Omega} [/ latex] (всего)
(б) снижение на 3,0%
Узнайте об удельном сопротивлении | Chegg.com
Удельное сопротивление зависит от типа и температуры материала проводника. {2}} \ tau} ρ = ne2τm
Удельное сопротивление материала обратно пропорционально плотности свободных электронов ( № ).Стоимость n зависит от материала.
Удельное сопротивление материала обратно пропорционально среднему времени релаксации (τ) \ left (\ tau \ right) (τ) свободных электронов в проводнике. Поскольку значение средней релаксации время зависит от температуры проводника, поэтому удельное сопротивление проводника изменяется с температурой. С повышением температуры среднее время релаксации уменьшается и, следовательно, увеличивается удельное сопротивление.
а.
Для большинства металлов плотность свободных электронов не изменяется при изменении температуры. Тем не менее, повышение температуры может вызвать увеличение амплитуды колебаний ионов решетки и тепловой скорости электронов. За счет этого учащаются столкновения свободных электронов с ионами, что приводит к уменьшению релаксации. время (т) \ влево (\ тау \ право) (т). Следовательно, удельное сопротивление материала проводника увеличивается с повышением температуры.
Следующее соотношение показывает зависимость удельного сопротивления от температуры:
ρ = ρo [1 + α (T − To)] \ rho = {{\ rho} _ {o}} \ left [1+ \ alpha \ left (T — {{T} _ {o}} \ right) \ right] ρ = ρo [1 + α (T − To)]
Где ρ \ rho ρ — удельное сопротивление при температуре T и ρo {{ \ rho} _ {o}} ρo — удельное сопротивление при температуре To соответственно, а $ \ alpha $ — температурный коэффициент удельного сопротивления.
α = ρ − ρoρo (T − To) = dρρo⋅1dT \ alpha = \ frac {\ rho — {{\ rho} _ {o}}} {{{\ rho} _ {o}} \ left ( T — {{T} _ {o}} \ right)} = \ frac {d \ rho} {{{\ rho} _ {o}}} \ cdot \ frac {1} {dT} α = ρo ( T − To) ρ − ρo = ρo dρ ⋅dT1
α \ alpha α также известно как относительное изменение удельного сопротивления (dρρo) \ left (\ frac {d \ rho} {{{\ rho } _ {o}}} \ right) (ρo dρ) на единицу изменения температуры (dT).
Значение температурного коэффициента удельного сопротивления положительное, что показывает, что с повышением температуры их удельное сопротивление увеличивается.
Рисунок 2: Изменение удельного сопротивления меди в зависимости от температуры.
Этот график представляет собой прямую линию в ограниченном диапазоне температур. Точка P на линейном движении графика, соответствующая температуре 273 K, принимается за точку отсчета, а соответствующее удельное сопротивление равно ρo {{\ rho} _ {o}} ρo
Рисунок 3
На рисунке 3 показано изменение удельного сопротивления нихрома (сплава никеля, железа и хрома) в зависимости от температуры.Манганин и константан обладают схожими свойствами.
г.
Для полупроводников, таких как германий, углерод, кремний и т. Д., Плотность n увеличивается, но время релаксации уменьшается τ \ tau τ с увеличением температуры. Но увеличение n компенсирует больше, чем уменьшение τ \ tau τ. Благодаря этому для полупроводников ρ \ rho ρ уменьшается с температурой. Также в случае полупроводников значение α \ alphaα отрицательно.