LAB2

ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧНА РОБОТА №2

ВИВЧЕННЯ основних характеристик

провідникових матеріалів

Мета роботи:

1. Вивчити низькоомні провідникові матеріали, ознайомитись з їх електричними, тепловими, механічними, хімічними характеристиками.

2. Ознайомитись з сплавами низькоомних провідникових матеріалів та їх застосування.

3. Ознайомитись з провідниковими матеріалами з високим питомим опором і високою хімічною стійкістю при підвищених температурах.

4. Ознайомитись з магнітотвердими і магнітом`якими матеріалами.

Обладнання, матеріали, інструменти:

невеличкі шматочки міді, алюмінію, сталі, бронзи, латуні, вольфраму, свинцю, олова, манганіну, константану, фехралю, електровугільних матеріалів, щітки електричних машин, рухомі струмознімачі (з ЛАТРа та тролейбуса). Набір виробів виготовлених із вказаних матеріалів.

Порядок виконання роботи:

1. По зазначеній нижче літературі вивчити низькоомні провідникові матеріали. Навчитись визначати їх по кольору, механічними властивостями та іншими характеристиками.

2. Оглянути запропоновані електротехнічні вироби і визначити з яких матеріалів вони виготовлені.

3. Ознайомитись із сплавами міді-бронза і латунь. Оглянути запропоновані електротехнічні вироби і визначити з яких матеріалів вони виготовленні.

4. Ознайомитись з високоомними провідниковими матеріалами: манганін, константан, ніхром, фехраль; Оглянути запропоновані вироби і визначити, які частини виготовлені з вказаних матеріалів.

5. Оглянути вироби і визначити, які частини виготовлені з магнітотвердого чи магнітом`якого матеріалів.

ОФОРМЛЕННЯ РОБОТИ

В зошиті для лабораторно-практичних робіт дати відповіді на такі запитання:

1. Що називають провідниковими матеріалами?

2. На які групи можна поділити провідникові матеріали і по групах записати їх в зошиті?

3. Що називають магнітними матеріалами? Запишіть в зошит.

4. Які властивості мають магнітом`які матеріали і де вони застосовуються?

5. Які властивості мають магнітотверді матеріали і де вони застосовуються?

6. Запишіть в зошиті, що відноситься до електротехнічних виробів.

7. Що забезпечує надійність і ефективність роботи електроустаткування?

8. Що таке питомий опір провідних матеріалів і як його визначають?

9. Як залежить питомий опір від температури навколишнього середовища?

10. Що таке питома електропровідність?

11. Які є теплові властивості провідникових матеріалів?

12. Які є механічні властивості провідникових матеріалів?

13. Що розуміють під хімічною характеристикою провідникових матеріалів?

14. Які є найбільш поширені провідникові матеріали?

15. Які основні характеристики міді?

16. Які основні характеристики алюмінію та де він застосовується?

17. В зошиті запишіть основні характеристики: сталі, бронзи, латуні. Де їх застосовують?

18. Які ви знаєте провідникові матеріали з високим питомим опором? Запишіть їх склад та де вони застосовуються.

19. З чого виготовлені струмознімачі в ЛАТРі, щітки електричних машин?

20. Огляньте запропоновані електротехнічні вироби, запишіть їх назву та визначте, з яких матеріалів вони виготовлені і чому?

1. Провідниковими матеріалами називають такі, які пропускають електричний струм — це насамперед метали та їх різноманітні сплави.

2. Провідникові електротехнічні матеріали можна умовно поділити на дві групи за їх питомим опором: з малим — 0,0150 — 0,0296 Ом • мм²/м і великим — 0,042 — 2 Ом • мм²/м питомим опором

ρ = RS/1.

До першої групи належать мідь і сплави міді — бронза і латунь,срібло, платина і алюміній. До другої групи — сплави манганін (сплав міді, Марганця і нікеля), константан (сплав міді з нікелем), ніхром (сплав нікеля і хрома), фехраль (сплав заліза і хрома) і хромаль (сплав хрома і алюмінія).

3. Магнітними матеріалами називають такі, які намагнічуються під впливом магнітного поля і притягуються магнітами. До них належать залізо, сталь, чавун, нікель, кобальт і їх сплави. Вони поділяються на магнітом'які і магнітотверді.

4. Магнітом'які матеріали набирають магнітних властивостей лише тоді, коли перебувають у магнітному полі. При зникненні поля вони переста­ють бути магнітами. З магнітом'яких матеріалів виготовляють сердеч­ники електричних машин, трансформаторів, реле тощо, де вони вико­нують роль магнітопроводу і підсилювача магнітного поля струму.

5.Магнітотверді матеріали внаслідок дії на них зовнішнього магніт­ного поля намагнічуються і зберігають магнітні властивості, утворюючи власне магнітне поле. Застосовують їх для виготовлення постійних магнітів.

6.Електротехнічними виробами називають провідникові вироби — провода і кабелі, кріпильні вироби — болти, шпильки, гвинти, шуру­пи, гайки, шайби, дюбелі, хомути тощо, ізолюючі вироби — ізолятори, гільзи, втулки, трубки тощо.

7. Електротехнічні матеріали повинні відповідати призначен­ням і мати певні фізичні, механічні, хімічні і технологічні характери­стики, які забезпечують надійність і ефективність роботи електроустат­кування.

8. Провідникові матеріали створюють на основі металів та їх сплавів. Основною електричною характеристикою провідникових матеріалів є питомий опір, який обчислюється за формулою:

ρ = RS/l [Ом • мм²/м],

де R — омічний опір провідника, Ом; S — площа поперечного пере­різу, мм²; l - довжина провідника, м.

9. Величина питомого опору про відникових матеріалів із збільшенням температури збільшується

де— питомий опір при заданій температурі;— питомий опір при початковій температурі;— температурний коефіцієнт опору мате­ріалу при початковій температурі.

10. Величину, обернену питомому опору, називають питомою провід­ністю матеріалу:

γ =1/ρ

11. Тепловими властивостями провідникових матеріалів є температура плавлення, температурний коефіцієнт опору і лінійного розширення та коефіцієнт теплопровідності.

12.Механічні характеристики провідникових матеріалів визначаються границею міцності при розтягуванні, твердістю та ін.

13.Стійкість проти атмосферних впливів на провідникові матеріали є однією з хімічних характеристик.

14.Найбільш поширені провідникові матеріали — це мідь і алюміній та сплави міді — бронза і латунь.

15.Мідь — один з головних провідникових матеріалів — має високу електропровідність, міцність та стійкість до корозії. За електропровід­ністю мідь стоїть на другому місці після срібла. Крім того, мідь має добру пластичність. З неї виготовляють дріт діаметром до 0,01 мм (во­лочінням), а також стрічку товщиною до 0,1 мм (прокатуванням). Мідні проводи повільно окислюються, покриваються тонким шаром оксиду міді (СuО). Утворена плівка оксиду перешкоджає дальшому окисленню міді. Корозію міді викликають сірчистий газ S0₂, сірково­день Н₂S, аміак NН₃, оксид азоту NO, пари азотної кислоти НNO₃.

16.Алюміній — метал сріблясто-білого кольору, легший від міді в 3,3раза, але недостатньо міцний на розтяг, не витримує багатократним перегинів, має порівняно великий питомий опір (в1,7раза більший від міді).

При зволоженні місць з'єднання з іншими металами утворюється гальванічна пара з місцевими струмами, які руйнують алюміній. Проте алюміній в електротехніці застосовують дедалі ширше як замінник дефіцитної міді, оскільки він дешевший, більш поширений у земній корі (до 8 %), добре обробляється прокатуванням і має високу стійкість проти атмосферних впливів. Поверхня алюмінію вкрита тонкою захис­ною плівкою оксиду (А1₂0₃). Така плівка має великий електричний опір, тому в місцях з'єднання алюмінієвих проводів може спостеріга­тись значне їх нагрівання.

Алюмінієві вироби дешевші за мідні і мають меншу масу, що має значення в економіці країни.

Для виготовлення проводів застосовують круглий дріт марок АТ — алюмінієвий твердий, АПТ — алюмінієвий напівтвердий, АМ — алю­мінієвий м'який і прямокутний дріт марки АМ.

17. Сталь — сплав заліза з вуглецем і іншими елементами, це найдешев­ший провідниковий матеріал, що застосовується в електротехніці для виготовлення проводів, шин, шин заземлення тощо. Значний питомий опір і низька корозійна стійкість обмежують використання сталі як провідникового матеріалу. Маючи значну міцність на розтягування, стальний дріт, разом з алюмінієвим дротом, входить до складу стале­алюмінієвих проводів, які використовують для передачі електроенергії на далекі відстані. Для захисту стального дроту від корозії його по­кривають тонким шаром цинку.

Бронза — мідний сплав з підвищеною механічною міцністю. До провідникових бронзи відносять: кадмієву бронзу (0,8—0,9 % Сd), з якої виготовляють електричні контакти, проводи для тролейбусів, колекторні пластини машин постійного струму тощо, вона стійка проти стирання; берилієву бронзу марки Бр. 52 (берилію Ве — 1,9—2,2 %, нікелю Ni 0,2—0,5 %, інших металів Сu, Аl, Fе, Sі, Рb разом 0,5 %), з якої виготовляють струмоведучі пружини, щіткотримачі, ковзні контакти.

Велика група олов'яних бронз, наприклад, олов'яно-фосфорна Бр. Оф6 — 0,15 (де олова Sn — 6 %, фосфору Р — 0,15 %), олов'яно-цинкова Бр. ОЦ 4—3 (де олова Sn — 4 %, цинку Zn — З %) і др. за­стосовують як конструкційний матеріал, виготовляючи з них стрічки, прутки, дріт для пружин, підшипникові деталі.

Маркірують бронзу літерами Бр. і літерами назв домішок, а цифри показують вміст цих домішок в процентах, наприклад, марка Бр.ОЦС 4—4—2,5 — олов'яно-цинково-свинцева бронза, яка містить: олова Sn — 4 %, цинку Zn — 4 %, свинцю Рb — 2,5 %.

Латунь — це сплав міді з цинком. Із збільшенням вмісту цинку сплав стає міцнішим, але при цьому знижується його пластичність. Крім цинку до складу латуні входять і інші елементи, наприклад, алюміній, олово, нікель, марганець, залізо тощо.

В залежності від вмісту цих елементів в латуні вони одержують відповідну назву, наприклад, латунь алюмінієва ЛА77-2 (Сu — 77 %, Аl — 2 %, Zn— 21,7 %, інших домішок — 0,3 %); латунь алюміні­єво-залізна ЛАЖ 60-1-1 (Сu — 60 %, А1 — 1 %, Fе — 1 %, Zn — 37 %, інших домішок — до 1 %), латунь нікелева ЛН65-5 (Сu— 65 %, Nі — 5 %, Zn— 29,7 %, інших домішок 0,3), латунь марганцевиста ЛМц58-2 (Сu — 58 %, Мn — 2 %, Zn — 39 %, інших домішок — до 1 %), латунь олов'яниста ЛО70-1 (Сu — 70 %, Sn — 1 %,Zn— 28 %, інших домішок до 1 %), латунь свинцевиста ЛС64-2 (Сu — 64 %, Рb — 2 %, Zn — 33,7 %, інших домішок — 0,3 %) і ін.

Більшість латуней використовують як конструкційний матеріал, виготовляють радіаторні трубки, листи і стрічки, трубки гофровані, дріт, прутики тощо. Окремі з них йдуть на виготовлення контактів, затискачів, кріпильних деталей, що використовуються в електротех­ніці.

18. В електротехніці як провідникові матеріали, крім вище згаданих, застосовують вольфрам, платину, срібло, молібден, свинець. Так, з вольфраму і молібдену виготовляють спіралі розжарення лампочок освітлення, контакти електричних апаратів. Сплав платини з іридієм, осмієм і ін., використовують в термопарах, для контактів реле тощо. Срібло з домішками міді і кадмію йде для виготовлення контактів реле.

Свинець — м'який пластичний матеріал з високою корозійною стійкістю, використовують для захисних оболонок електричних кабе­лів, він входить в склад припоїв, його широко використовують в кислот­них акумуляторах і запобіжниках.

Провідникові матеріали з високим питомим опором і високою хіміч­ною стійкістю при підвищених температурах — манганін (сплав Сn — 86 %, Мn — 12 %, Ni — 2 %), константан — (сплав Сu — 58,5 %, Ni — 40 %, Мn — 1,5 %) — застосовують для реостатів з допустимою тем­пературою нагрівання в межах 250—500 °С.

Нагрівальні елементи прасок, плиток, чайників тощо з робочою температурою 900—1200 °С виготовляють з сплавів нікелю і хрому (ніхром, фехраль, хромаль).

19. До провідникових матеріалів відносять також електровугільні ма­теріали і вироби з них — рухомі струмознімачі (наприклад, в ЛАТР), щітки електричних машин, електроди для дугових і зварювальних апаратів тощо, в склад яких входять графіт, сажа, деревне і кам'яне вугілля, металеві порошки і зв'язуюча речовина.

20. До електротехнічних виробів відносять: вироби для переда­чі і розподілу електричної енергії — проводи, шнури та кабелі; уста­новочні вироби — ізолятори, втулки, розетки, патрони, вимикачі, запобіжники; кріпильні вироби — дюбелі, шурупи тощо.

Проводи, шнури та кабелі. Згідно з державним стандартом прово­дом називається виріб, у якого одна або кілька ізольованих струмо-провідних жил, на які нанесено захисні неметалеві покриття. Неізо-льовані проводи застосовують для повітряних ліній електропередач.

Шнуром називається провід з особливо гнучкими ізольованими струмопровідними жилами, кожна перерізом не більше 1,5 мм².

Кабелем називається електротехнічний виріб з однієї або кількох ізольованих струмопровідних жил у герметичній металевій або неме­талевій оболонці.

Жила — це один або кілька скручених дротів-провідників електрич­ного струму.

Проводи поділяють на ізольовані і неізольовані, захищені і незахищені. Для повітряних ліній електропередач застосовують алюмінієві, сталеалюмінієві, мідні, бронзові і стальні неізольовані (голі) проводи.

Ізольовані проводи мають тільки алюмінієві і мідні струмопровідні жили.

Ізоляцією струмопровідних жил є гума і пластмаса.

Проводи, які мають зовнішню оболонку з гуми, пластмаси, мета­левих стрічок, називають захищеними. Проводи окремих марок мають легке захисне покриття у вигляді обплетення з бавовняної просо­леної пряжі.

Рис. 1. Шнури і проводи з гумовою Ізоляцією:

а — шнур ШР: б — шнур ШРПС; в — провід ПРД; г — провід ПР; д — провід ПРГ.

ЛІТЕРАТУРА

1. В.А.Вартабедян “Загальна електротехніка” Київ, Вища школа, 1986 рік.

2. С.К.Андрієвський, В.А.Вартабедян, Б.Д.Столяр “Електромонтажна справа”, посібник для середньої школи, Київ-1964

5