Назовите несколько металлов с наиболее высокой электропроводностью

Соединение медных и алюминиевых проводов

В последнее время в быту и промышленности начало использоваться электрооборудование все более высокой мощности. Во времена СССР проводка изготавливалась в основном из дешевого алюминия. Новым требованиям ее эксплуатационные характеристики, к сожалению, уже не соответствуют. Поэтому сегодня в быту и в промышленности очень часто алюминиевые провода меняются на медные. Основным преимуществом последних, помимо тугоплавкости, является то, что при окислительном процессе их токопроводящие свойства не уменьшаются.

Часто при модернизации электросетей алюминиевые и медные провода приходится соединять. Делать это напрямую нельзя. Собственно, электропроводность алюминия и меди различается не слишком сильно. Но только у самих этих металлов. Окислительные же пленки у алюминия и меди свойства имеют неодинаковые. Из-за этого значительно снижается проводимость в месте соединения. Окислительная пленка у алюминия отличается гораздо большим сопротивлением, чем у меди. Поэтому соединение этих двух разновидностей проводников должно производиться исключительно через специальные переходники. Это могут быть, к примеру, зажимы, содержащие пасту, защищающую металлы от появления окиси. Данный вариант переходников обычно используется при соединении проводов на улице. В помещениях чаще применяются ответвительные сжимы. В их конструкцию входит специальная пластина, исключающая прямой контакт между алюминием и медью. При отсутствии таких проводников в бытовых условиях вместо скручивания проводов напрямую рекомендуется использовать шайбу и гайку в качестве промежуточного «мостика».

Алюминий

Характерными свойствами чистого алюминия является его малый удельный вес, низкая температура плавления, высокая тепловая и электрическая проводимость, высокая пластичность, очень большая скрытая теплота плавления и прочная, хотя и очень тонкая пленка окиси, покрывающая поверхность металла и защищающая его от проникновения кислорода внутрь.

Малая плотность делает алюминий основой легких конструкционных материалов; большая пластичность позволяет применять к алюминию все виды обработки давлением и получать из него листы, прутки, проволоку, трубы, тончайшую фольгу, штампованные детали с глубокой вытяжкой и др.

Хорошая электрическая проводимость обеспечивает широкое применение алюминия в электротехнике. Так как плотность алюминия в 3,3 раза ниже, чем у меди, а удельное сопротивление лишь в 1,7 раза выше, чем у меди, то алюминий, на единицу массы имеет вдвое более высокую проводимость, чем медь.

Прочная пленка окиси быстро покрывает свежий срез металла уже при комнатной температуре, обеспечивая алюминию высокую устойчивость против коррозии в атмосферных условиях.

Сернистый газ, сероводород, аммиак и другие газы, находящиеся в воздухе промышленных районов, не оказывают заметного влияния на скорость коррозии алюминия. Действие водяного пара на алюминий также незначительно. В контакте с большинством металлов и сплавов, являющихся благородными по электрохимическому ряду потенциалов, алюминий служит анодом и, следовательно, коррозия его в электролитах будет прогрессировать.

Чтобы избежать образования гальванопар во влажной атмосфере, место соединения алюминия с другими металлами герметизируется лакировкой или другим путем.

Длительные испытания проводов из алюминия показали, что они в отношении устойчивости против коррозии не уступают медным.

Таблица 1. Основные характеристики проводниковых материалов

Материал

Плотность, кг/м3·103

Температура плавления,

°C

Удельное электрическое сопротивление при 20 °C, Ом×м·10–6

Средний температурный коэффициент сопротивления от 0 до 100 °C, 1/град

Примечание

Алюминий

2,7

660

0,026—0,028

4·10–3

Провода, кабели, шины, проводники короткозамкнутых роторов, корпуса и подшипниковые щиты малых электромашин

Бронза

8,3—8,9

885—1050

0,021—0,052

4·10–3

Кадмиевая бронза — контакты, фосфористая — пружины

Латунь

8,4—8,7

900—960

0,03—0,08

2·10–3

Контакты, зажимы

Медь

8,7—8,9

1080

0,0175—0,0182

3·10–2

Провода, кабели, шины

Олово

7,3

232

0,114—0,120

4,4·10–3

Припои для лужения и пайки в сплаве со свинцом

Свинец

11,34

327

0,217—0,222

3,8·10–3

Защитная обложка кабелей, вставки предохранителей, пластины аккумуляторов, припои в сплаве с оловом для лужения и пайки

Серебро

10,5

960

0,0160—0,0162

3,6·10–3

Контакты электроприборов и аппаратов

Сталь

7,8

1400

0,103—0,137

62·10–2

Шины заземления

Таблица 2. Сопротивление металлов или сплавов по сравнению с медью

Металл или сплав

Сопротивление

по сравнению с медью

Металл или сплав

Сопротивление

по сравнению с медью

Серебро

0,9

Олово

8,5

Медь

1,0

Сталь

12

Хром

1,6

Свинец

13

Алюминий

1,67

Нейзильбер

17

Магний

2,8

Никелин

25

Молибден

2,9

Манганин

26

Вольфрам

3,6

Реотан

28

Цинк

3,7

Константан

29

Латунь

4,5

Чугун

30

Платина

5,5

Ртуть

60

Кобальт

6,0

Нихром

60

Никель

6,5

Уголь

15000

Железо

7,7

Таблица 3. Изменение сопротивления медных проводов при нагревании (сопротивление при 15 °C принято за единицу)

Температура, °C (десятки)

Температура, °C (единицы)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0,940

0,944

0,948

0,952

0,956

0,960

0,964

0,968

0,972

0,976

10

0,980

0,984

0,988

0,992

0,996

1,000

1,004

1,008

1,012

1,016

20

1,020

1,024

1,028

1,032

1,036

1,040

1,044

1,048

1,052

1,056

30

1,060

1,064

1,068

1,072

1,076

1,080

1,084

1,088

1,092

1,096

40

1,100

1,104

1,108

1,112

1,116

1,120

1,124

1,128

1,132

1,136

50

1,140

1,144

1,148

1,152

1,156

1,160

1,164

1,168

1,172

1,176

60

1,180

1,184

1,188

1,192

1,196

1,200

1,204

1,208

1,212

1,216

70

1,220

1,224

1,228

1,232

1,236

1,240

1,244

1,248

1,252

1,256

80

1,260

1,264

1,268

1,272

1,276

1,280

1,284

1,288

1,292

1,296

90

1,300

1,304

1,308

1,312

1,316

1,320

1,324

1,328

1,332

1,336

100

1,340

1,344

1,348

1,352

1,356

1,360

1,364

1,368

1,372

1,376

Примечание. Таблица служит для пересчета сопротивлений при температурах нагрева. Например, для подсчета сопротивления при температуре 44 °C надо по вертикали взять температуру 40 °C и по горизонтали поправку на 4 °C: получается изменение сопротивления в 1,116 раза.

6.4.4. Высокочастотная диэлектрическая проницаемость металлов.

     Воспользуемся
соотношением (6.54) для
среднего импульса электрона в гармоническом
поле с напряженностью 

(6.59)

Если
вспомнить, что

(6.60)

то
легко получить:

(6.61)

последнее
позволяет рассчитать вектор поляризации
среды:

(6.62)

     Но
величина  и
величина  феноменологически
связаны между собой:

(6.63)

     где  —
диэлектрическая восприимчивость среды:

(6.64)

     То
обстоятельство, что величина  по
выражению (6.64) оказалась
комплексной, свидетельствует о том, что
фазы колебаний вектора  и
вектора  не
совпадают между собой.

     Из
зависимости (6.64) легко
получить выражение для диэлектрической
проницаемости среды:

(6.65)

Допустим,
что выполнено условие

(6.66)

     Выражение (6.65) при
этом упрощается:

(6.67)

     где,  —
частота плазменных колебаний.

     Соотношение (6.67) выявляет
очень интересный эффект: при  величина ,
волны с такой частотой в металле затухают,
говорят, что металл «непрозрачен»
для таких волн; при величина  и
металл становится «прозрачным».
Наличие  хорошо
подтверждается экспериментом.

Таблица удельного электрического сопротивления некоторых металлов

Вид проводаρ при 20℃, Ом-м
Серебряный1,59×10⁻⁸
Медный1,67×10⁻⁸
Золотой2,35×10⁻⁸
Алюминиевый2,65×10⁻⁸
Вольфрамовый5,65×10⁻⁸
Никелевый6,84×10⁻⁸
Железный9,7×10⁻⁸
Платиновый1,06×10⁻⁷
Стальной1,6×10⁻⁷
Свинцовый2,06×10⁻⁷
Дюралюминиевый4,0×10⁻⁷
Нихромовый1,05×10⁻⁶

Удельное сопротивление абсолютно независимо от формы и размеров проводника, однако варьируется в широком диапазоне при отклонении температуры от принятого за стандартное значения, равного 20 градусам Цельсия. Практическим электротехническим путем доказано, что увеличение температуры повышает сопротивляемость металлов течению тока, с обратной стороны — вместе со снижением температуры она снижается. Примерно подсчитать, насколько существенным будет изменение, можно с учетом того, что всем металлам присущ почти одинаковый уровень прироста убыли данной величины, в среднем составляющий 0,4% на 1°С.

Вам это будет интересно Фен для паяния


График сопротивления

Если же данный показатель нужно определить точно, то можно воспользоваться этой формулой:

ρ = ρ0 x (1 + α x (t — t))

, где ρ и ρ0 — соответственно удельные сопротивления при температурах t и t (20°С, табличное значение), α — температурный коэффициент сопротивления.

Вид проводаα
Никелевый0,005866
Железный0,005671
Молибденовый0,004579
Вольфрамовый0,004403
Алюминиевый0,004308
Медный0,004041
Серебряный0,003819
Платиновый0,003729
Золотой0,003715
Цинковый0,003847
Стальной0,003
Нихромовый0,00017

Так, к примеру, найдя в таблицах удельное сопротивление меди при 20 градусах Цельсия и ее температурный коэффициент, можно вычислить, что при нагреве до 100℃ ее сопротивление вырастет на 32%. Практически то же самое будет происходить с удельным сопротивлением алюминиевого кабеля с тем же коэффициентом (0,004). А вот удельное сопротивление стали повысится менее значительно — на 24%.


Нагрев

С увеличением температуры проводник насыщается тепловой энергией, передающейся всем атомам вещества. Этим обуславливается повышение интенсивности их теплового движения. Последний фактор и приводит к повышению сопротивляемости движению свободных электронов в определенном направлении, поскольку возрастает вероятность встречи свободных электронов с атомами. Когда температура снижается, меньшее количество атомов может препятствовать направленному движению электронов, следовательно, происходит обратное. В результате колоссального спада температуры возникает интереснейшее явление, называемое «сверхпроводимостью металлов»: сопротивляемость уменьшается до нуля в условиях, близких к абсолютному нулю (-273,15℃). В таких кондициях атомы металла замирают на своих позициях, и электроны движутся без каких-либо препятствий.


Сверхпроводимость

Понятие электрического сопротивления

Этим термином называют свойство создавать препятствия прохождению в цепи электрического тока. Связь между физическими величинами описывается классической формулой R=U/I (обозначения сопротивления, напряжения и силы тока, соответственно). Движение электронов совершается под воздействием электромагнитного поля, разницы потенциалов. Повышает сопротивление металлов любое искажение кристаллической структуры молекулярной решетки. Данная причина объясняет сильную зависимость параметра от чистоты материала и температуры. Так, стандарты для трубной продукции допускают применение различных сплавов. Электротехническую медь (марка М006) создают с контролируемым количеством посторонних примесей не более 0,1%.

Квалифицированное применение этого материала предваряется оценкой всех значимых факторов. Кроме себестоимости, уточняют:

  • особенности механической и других видов обработки;
  • стабильность электрических параметров в определенных условиях эксплуатации;
  • стойкость к внешним воздействиям, долговечность.

В некоторых ситуациях значительные начальные инвестиции оправданы продленным сроком службы, надежностью.

Электрическое сопротивление

Электрическим сопротивлением проводника, которое обозначается латинской буквой r, называется свойство тела или среды превращать электрическую энергию в тепловую при прохождении по нему электрического тока.

На схемах электрическое сопротивление обозначается так, как показано на рисунке 1, а.

Рисунок 1. Условное обозначение электрического сопротивления

Переменное электрическое сопротивление, служащее для изменения тока в цепи, называется реостатом. На схемах реостаты обозначаются как показано на рисунке 1, б. В общем виде реостат изготовляется из проволоки того или иного сопротивления, намотанной на изолирующем основании. Ползунок или рычаг реостата ставится в определенное положение, в результате чего в цепь вводится нужное сопротивление.

Длинный проводник малого поперечного сечения создает току большое сопротивление. Короткие проводники большого поперечного сечения оказывают току малое сопротивление.

Если взять два проводника из разного материала, но одинаковой длины и сечения, то проводники будут проводить ток по-разному. Это показывает, что сопротивление проводника зависит от материала самого проводника.

Температура проводника также оказывает влияние на его сопротивление. С повышением температуры сопротивление металлов увеличивается, а сопротивление жидкостей и угля уменьшается. Только некоторые специальные металлические сплавы (манганин, констаитан, никелин и другие) с увеличением температуры своего сопротивления почти не меняют.

Итак, мы видим, что электрическое сопротивление проводника зависит от: 1) длины проводника, 2) поперечного сечения проводника, 3) материала проводника, 4) температуры проводника.

За единицу сопротивления принят один Ом. Ом часто обозначается греческой прописной буквой Ω (омега). Поэтому вместо того чтобы писать «Сопротивление проводника равно 15 Ом», можно написать просто: r = 15 Ω. 1 000 Ом называется 1 килоом (1кОм, или 1кΩ), 1 000 000 Ом называется 1 мегаом (1мгОм, или 1МΩ).

При сравнении сопротивления проводников из различных материалов необходимо брать для каждого образца определенную длину и сечение. Тогда мы сможем судить о том, какой материал лучше или хуже проводит электрический ток.

Видео 1. Сопротивление проводников

Примечания

  1. — статья из Большой советской энциклопедии
  2. Деньгуб В. М., Смирнов В. Г. Единицы величин. Словарь-справочник. — М.: Издательство стандартов, 1990. — С. 105. — 240 с. — ISBN 5-7050-0118-5.
  3. В случае совпадения двух из трех собственных чисел σi{\displaystyle \sigma _{i}}, есть произвол в выборе такой системы координат (собственных осей тензора σ{\displaystyle \sigma }), а именно довольно очевидно, что можно произвольно повернуть её относительно оси с отличающимся собственным числом, и выражение не изменится. Однако это не слишком меняет картину. В случае же совпадения всех трех собственных чисел мы имеем дело с изотропной проводимостью, и, как легко видеть, умножение на такой тензор сводится к умножению на скаляр.
  4. Для многих сред линейное приближение является достаточно хорошим или даже очень хорошим для достаточно широкого диапазона величин электрического поля, однако существуют среды, для которых это совсем не так уже при весьма малых E.
  5. Впрочем, если речь идет об однородном веществе, как правило, если что-то подобное имеет место, проще описать коллективное возмущение как квазичастицу.
  6. Здесь мы для простоты не рассматриваем анизотропных кристаллов с тензорной подвижностью, считая μ скаляром; впрочем, при желании можно считать его тензором, понимая произведение μE→{\displaystyle \mu {\vec {E}}} в матричном смысле.
  7. Кухлинг Х. Справочник по физике. Пер. с нем., М.: Мир, 1982, стр. 475 (табл. 39); значения удельной проводимости вычислены из удельного сопротивления и округлены до 3 значащих цифр.
  8. В.Г.Герасимов, П.Г.Грудинский, Л.А.Жуков. Электротехнический справочник. В 3-х томах. Т.1 Общие вопросы. Электротехнические материалы / Под общей редакцией профессоров МЭИ. — 6-е изд.. — Москва: Энергия, 1980. — С. 353. — 520 с. — ISBN ББК 31.2.
  9. В.Г.Герасимов, П.Г.Грудинский, Л.А.Жуков. Электротехнический справочник. В 3-х томах. Т.1 Общие вопросы. Электротехнические материалы. / под общей редакцией профессоров МЭИ. — 6-е издание. — Москва: Энергия, 1980. — С. 364. — 520 с. — ISBN ББК 31.2.

3.9. Полупроводниковые соединения типа АIIIВV

Соединения типа АIIIВV являются ближайшими электронными аналогами германия и кремния. Они образуются в результате соединения элементов III группы Периодической системы (бора, алюминия, галлия и индия) с элементами V группы (азотом, фосфором, мышьяком и сурьмой). Висмут и таллий не образуют соединений рассматриваемого ряда.

Соединения АIIIВV принято классифицировать по металлоидному признаку. Соответственно различают нитриды, фосфиды, арсениды и антимониды.

Многообразие свойств полупроводников типа АIIIВV обуславливает их широкое применение в приборах и устройствах различного технического назначения. Особый интерес к этой группе материалов был вызван потребностями оптоэлектроники в быстродействующих источниках и приемниках излучения. Инжекционные лазеры и светодиоды на основе ПП АIIIВV характеризуются высокой эффективностью преобразования электрической энергии в электромагнитное излучение.

Большой набор значений ширины запрещенной зоны у этих полупроводников позволяет создавать на их основе различные виды фотоприемников, перекрывающих широкий диапазон спектра. Среди них наибольшее распространение получили фотодиоды и фотоэлементы.

Арсенид галлия (GaAs) потенциально является одним из лучших фоточувствительных материалов для применения в солнечных батареях.

Антимонид индия (InSb) имеет важное техническое значение для изготовления приемников инфракрасного излучения. GaAs, InSb применяются для изготовления туннельных диодов

По сравнению с германиевыми диодами, приборы из арсенида галлия характеризуются более высокой рабочей температурой, а диоды из антимонида индия обладают лучшими частотными свойствами при низких температурах

GaAs, InSb применяются для изготовления туннельных диодов. По сравнению с германиевыми диодами, приборы из арсенида галлия характеризуются более высокой рабочей температурой, а диоды из антимонида индия обладают лучшими частотными свойствами при низких температурах.

Прогресс в технологии арсенида галлия, достигнутый за последние годы, открыл широкие перспективы применения этого материала для создания полевых транзисторов и быстродействующих интегральных схем. По сравнению с кремнием GaAs является более технологически сложным материалом. Однако совершенствование технологии различных процессов, разработка новых методов осаждения защитных слоев позволяют реализовать возможности GaAs в повышении степени интеграции и быстродействия ИМС.

3.9.1. Твердые растворы на основе соединений типа АIIIВV

Твердые растворы позволяют существенно расширить по сравнению с элементарными полупроводниками и ПП соединениями набор электрофизических параметров, определяющих возможности применения материалов в конкретных полупроводниковых приборах.

Особый интерес к твердым растворам обусловлен возможностью плавного управления шириной запрещенной зоны полупроводников путем изменения их компонентного состава.

Твердые растворы открывают широкие возможности создания гетеропереходов и приборов на их основе. Под гетеропереходом понимают контакт двух полупроводников с различной шириной запрещенной зоны. Решающим критерием при выборе материала контактной пары является соответствие периодов их кристаллических решеток и температурных коэффициентов их линейного расширения

Электропроводность — металл

Различная теплопроводность меди, алюминия и железа.| Прибор, показывающий возникновение термотоков.

Электропроводность металлов обнаруживают прибором для испытания электропроводности растворов. Особенно удобно воспользоваться прибором, изготовленным из испорченной электролампочки.

Элементарная ячейка, включающая в себя атомы ( ионы 1, 2, для металла с кристаллической решеткой — центрированный куб.| Элементарная ячейка для гексагональной кристаллической решетки металла ( включает атомы-ионы 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Электропроводность металлов обусловлена наличием в них относительно свободных электронов, которые при приложении к металлу внешней электродвижущей силы движутся в направлении к положительному полюсу внешнего источника тока. Лучшие проводники тока — серебро и медь, худшие — свинец и ртуть.

Электропроводность металлов обусловлена валентными электронами, которые могут перемещаться в кристаллической решетке металла. В электрическом поле электроны ускоряются.

Электропроводность металлов обладает очень характерным свойством повышаться по мере понижения температуры. При абсолютном нуле и даже в температурных пределах, близких к нему, сопротивление R некоторых металлов становится почти равным нулю, и их электропроводность о оказывается бесконечно большой.

Электропроводность металлов при повышении их температуры падает, а при понижении — увеличивается. Сравнение электропроводности и теплопроводности металлов позволяют сделать вывод, что металлы, хорошо проводящие электрический ток, являются одновременно хорошими проводниками тепла и наоборот.

Изменение потенциала вдоль оси, проходящей через ядра.

Электропроводность металлов обусловлена движением электронов через кристаллическую решетку в определенном направлении под действием градиента приложенного электрического поля.

Электропроводность металлов при повышении их температуры падает, а при понижении — увеличивается. Сравнение показателей электропроводности и теплопроводности металлов позволяет сделать вывод, что металлы, хорошо проводящие электрический ток, являются одновременно хорошими проводниками тепла, и наоборот.

Электропроводность металлов в значительной степени зависит от температуры: при повышении температуры электропроводность уменьшается, при понижении — увеличивается.

Электропроводность металлов объясняется присутствием в кристаллах свободных электронов, которые могут перемещаться в том или ином направлении. При нагревании в кристалле усиливаются колебательные движения ионов, что затрудняет передвижение электронов, ведет к понижению электропроводности. Но при охлаждении металла происходит обратный процесс.

Электропроводность металла a ne2i / m, где п — концентрация свободных электронов, е и т — заряд и масса электрона, т — время релаксации, которое связано со средней длиной свободного пробега электрона соотношением Х т1, и — средняя скорость свободных электронов.

Электропроводность металлов при повышении их температуры падает, а при понижении температуры — увеличивается.

Электропроводность металлов при 20 С лежит в пределах от примерно 1 — Ю14 Ом — см-1 в случае плохих проводников, таких, как барий ( ст 1 7 — 104) и гадолиний ( а 0 7 — 104), до 0 7.10 е ддя наилучшего проводника — серебра.

Характеристики сплавов

Зависеть электропроводность металлов может не только от количества имеющихся в них примесей, но и от других показателей. К примеру с повышением температуры нагрева способность меди пропускать сквозь себя ток снижается. Оказывает влияние на электропроводность такой проволоки даже способ ее изготовления. В быту и на производстве могут использоваться как мягкие отожженные медные проводники, так и твердотянутые. У первой разновидности способность пропускать сквозь себя ток выше.

Однако больше всего влияют, конечно же, используемые добавки и их количество на электропроводность меди. Таблица ниже представляет читателю исчерпывающую информацию относительно способности пропускать ток наиболее распространенных сплавов этого металла. Электропроводность медных сплавов

Сплав Состояние (О — отожженная, Т-твердотянутая) Электропроводность (%)
Чистая медь О 101
Т 98
Оловянная бронза (0.75 %) О 55-60
Т 50-55
Кадмиевая бронза (0.9 %) О 95
Т 83-90
Алюминиевая бронза (2,5 % А1, 2 % Sn) О 15-18
Т 15-18
Фосфористая бронза (7 % Sn, 0,1 % Ρ) О 10-15
Т 10-15

Электропроводность латуни и меди сравнима. Однако у первого металла этот показатель, конечно же, немного ниже. Но при этом он и выше, чем у бронз. В качестве проводника латунь используется довольно-таки широко. Ток она пропускает хуже меди, но при этом и стоит дешевле. Чаще всего из латуни делают контакты, зажимы и различные детали для радиоаппаратуры.

2.5. Сверхпроводники и криопроводники

Как уже отмечалось, при понижении температуры удельное сопротивление металлов падает. Представляет особый интерес вопрос об электропроводности металлов при весьма низких температурах, приближающихся к абсолютному нулю. Исчезновение электрического сопротивления, т.е. появление практически бесконечной электрической проводимости материала, называется сверхпроводимостью, а температура, при охлаждении до которой совершается переход вещества в сверхпроводящее состояние – температурой сверхпроводникового перехода Тс. Переход в сверхпроводящее состояние является обратимым: при повышении температуры до Тс сверхпроводимость разрушается и материал переходит в нормальное состояние, приобретая конечное значение удельной проводимости γ. В настоящее время известно 27 простых (чистых металлов) и более тысячи сложных (сплавов и химических соединений).

В то же время некоторые вещества, в том числе такие наилучшие проводниковые материалы, как серебро и медь, при наиболее низких, достигнутых в настоящее время температурах (порядка тысячных долей Кельвина; согласно третьему закону термодинамики, абсолютный нуль температуры принципиально недостижим) перевести в сверхпроводящее состояние не удалось. Интересно отметить, что сверхпроводниками могут быть не только соединения и сплавы металлов, обладающих сверхпроводимостью, но и соединения таких элементов с несверхпроводящими и даже соединения, в состав молекул которых входят исключительно атомы элементов, не являющихся сверхпроводящими.

Помимо сверхпроводящих электромагнитов можно отметить возможности использования сверхпроводников для создания электрических машин, трансформаторов и тому подобных устройств малой массы и габаритов, но с высокими к.п.д.; линий электропередачи весьма больших мощностей на дальние расстояния; волноводов с особо малым затуханием; накопителей энергии и пр.

Помимо явления сверхпроводимости в современной электротехнике все шире используется явление криопроводимости, т.е. достижение некоторыми металлами весьма малой удельной проводимости при криогенных температурах (но более высоких, чем температура сверхпроводникового перехода, если данный металл вообще принадлежит к сверхпроводникам. Материалы, обладающие особо благоприятными свойствами для применения в качестве проводников в условиях криогеннных температур, называются криопроводниками или гиперпроводниками.

Весьма малое, но все же конечное значение удельного сопротивления криопроводника при его рабочей температуре ограничивает допустимую плотность тока в нем, хотя эта плотность может быть намного выше, чем в обычных проводниках. Криопроводники, у которых при изменении температуры в широких пределах удельное сопротивление изменяется плавно, без скачков, не могут использоваться в ряде устройств, действие которых основано на триггерном эффекте появления и разрушения сверхпроводимости. Однако применение криопроводников в электрических машинах, аппаратах, кабелях и т.п. имеет и свои преимущества, притом весьма существенные. Так, если в сверхпроводниковых устройствах в качестве охлаждающего агента применяется жидкий гелий, рабочая температура криопроводников достигается применением более высококипящих и дешевых хладоагентов: жидкого водорода или даже жидкого азота. Это значительно упрощает и удешевляет выполнение и эксплуатацию устройства. Кроме того, в сверхпроводниковом устройстве, например электромагните, по обмотке которого проходит сильный ток, накапливается большая энергия магнитного поля. Если из-за случайного повышения температуры или магнитной индукции хотя бы на малом участке сверхпроводящего контура сверхпроводимость будет разрушена, внезапно освободится большое количество энергии, что может вызвать серьезную аварию. В случае же криопроводниковой цепи повышение температуры вызовет лишь постепенное возрастание сопротивления этой цепи без эффекта взрыва.

Во всех случаях для получения криопроводниковых материалов требуется высокая чистота металла и отсутствие наклепа. Вредное влияние примесей и наклепа на ρ металлов при криогенных температурах сказывается намного сильнее, чем при нормальных. Криопроводники могут с успехом использоваться для обмоток электрических машин и трансформаторов, для токопроводящих жил кабелей и т.п.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий