Руководство по материалам электротехники для всех. часть 1

Интересные факты о золоте

Золото — один из четырех металлов, имеющий оттенок в не окислившемся состоянии. Все остальные металлы белые (желтоватый цвет имеют золото и цезий,
медь — красноватая и в сплавах золотистая, осмий имеет голубой отлив).

Плотность золота отличается от плотности вольфрама незначительно (19,32 г/см3} у золота, 19,25 г/см3), этим пользуются для подделки золотых слитков, покрывая вольфрамовый слиток слоем золота. Некоторые теории заговора утверждают, что возможно это одна из причин, почему США никому не дают проверить подлинность их золотого
запаса. И, возможно, поэтому они отдали Германии их золото не сразу.

Можно извлечь золото химически из горы старой электроники, но это не всегда экономически целесообразно и преследуется по закону (ст. 191, 192 УК РФ).

Бестолковость золота требует пояснений. Представим добычу благородных металлов в 2016 году.
Из всей добытой платины 64% потребила промышленность. (Здесь и далее цифры примерные, усредненные по нескольким источникам).
Из всего добытого серебра 68% потребила промышленность.
Из всего добытого палладия 96% потребила промышленность.
Из всего добытого золота всего 10% потребила промышленность. Остальное ушло на украшения и на слитки в сейфах.

Электропроводность древесины.

Способность проводить электрический ток характеризует электрическое сопротивление древесины. В общем случае полное сопротивление образца древесины, размещенного между двумя электродами, определяется как результирующее двух сопротивлений: объемного и поверхностного. Объемное сопротивление численно характеризует препятствие прохождению тока сквозь толщу образца, а поверхностное сопротивление определяет препятствие прохождению тока по поверхности образца. Показателями электрического сопротивления служат удельное объемное и поверхностное сопротивление. Первый из названных показателей имеет размерность ом на сантиметр (ом х см) и численно равен сопротивлению при прохождении тока через две противоположные грани кубика размером 1X1X1 см из данного материала (древесины). Второй показатель измеряется в омах и численно равен сопротивлению квадрата любого размера на поверхности образца древесины при подведении тока к электродам, ограничивающим две противоположные стороны этого квадрата. Электропроводность зависит от породы древесины и направления движения тока. В качестве иллюстрации порядка величии объемного и поверхностного сопротивления в табл. 22 приведены некоторые данные.

Таблица 22. Сравнительные данные об удельном объемном и поверхностном сопротивлении древесины.

Порода и направление	Влажность, %	Удельное объемное сопротивление, ом х см	Удельное поверхностное сопротивление, ом
Береза, вдоль волокон	8,2	4,2 х 1010	4,0 х 1011
Береза, поперек волокон	8,0	8,6 х 1011	2,8 х 1012
Бук, вдоль волокон	9,2	1,7 х 109	9,4 х 1010
Бук, поперек волокон	8,3	1,4 х 1010	7,9 х 1010

Для характеристики электропроводности наибольшее значение имеет удельное объемное сопротивление. Сопротивление сильно зависит от влажности древесины. С повышением содержания влаги в древесине сопротивление уменьшается. Особенно резкое снижение сопротивления наблюдается при увеличении содержания связанной влаги от абсолютно сухого состояния до предела гигроскопичности. При этом удельное объемное сопротивление уменьшается в миллионы раз. Дальнейшее увеличение влажности вызывает падение сопротивления лишь в десятки раз. Это иллюстрируют данные табл. 24.

Таблица 23. Удельное объемное сопротивление древесины в абсолютно сухом состоянии.

Порода	Удельное объемное сопротивление, ом х см
поперек волокон	вдоль волокон
Сосна	2,3 х 1015	1,8 х 1015
Ель	7,6 х 1016	3,8 х 1016
Ясень	3,3 х 1016	3,8 х 1015
Граб	8,0 х 1016	1,3 х 1015
Клен	6,6 х 1017	3,3 х 1017
Береза	5,1 х 1016	2,3 х 1016
Ольха	1,0 х 1017	9,6 х 1015
Липа	1,5 х 1016	6,4 х 1015
Осина	1,7 х 1016	8,0 х 1015

Таблица 24. Влияние влажности на электрическое сопротивление древесины.

Порода	Удельное объемное сопротивление (ом х см) поперек волокон при влажности древесины (%)
22	100
Кедр	2,5 х 1014	2,7 х 106	1,8 х 105
Лиственница	8,6 х 1013	6,6 х 106	2,0 х 105

Поверхностное сопротивление древесины также существенно снижается с увеличением влажности. Повышение температуры приводит к уменьшению объемного сопротивления древесины. Так, сопротивление древесины лжетсуги при повышении температуры с 22—23° до 44—45° С (примерно вдвое) падает в 2,5 раза, а древесины бука при повышении температуры с 20—21° до 50° С — в 3 раза. При отрицательных температурах объемное сопротивление древесины возрастает. Удельное объемное сопротивление вдоль волокон образцов березы влажностью 76% при температуре 0°С составило 1,2 х 107 ом см, а при охлаждении до температуры —24° С оно оказалось равным 1,02 х 108 ом см. Пропитка древесины минеральными антисептиками (например, хлористым цинком) уменьшает удельное сопротивление, в то время как пропитка креозотом мало отражается на электропроводности. Электропроводность древесины имеет практическое значение тогда, когда она применяется для столбов связи, мачт линий высоковольтных передач, рукояток электроинструментов и т. д. Кроме того, на зависимости электропроводности от влажности древесины основано устройство электрических влагомеров.

www.drevesinas.ru

Свободные электроны

Металлы в твёрдом состоянии имеют кристаллическую структуру: расположение атомов в пространстве характеризуется периодической повторяемостью и образует геометрически правильный рисунок, называемый кристаллической решёткой. Атомы металлов имеют небольшое число валентных электронов, расположенных на внешней электронной оболочке. Эти валентные электроны слабо связаны с ядром, и атом легко может их потерять.

Когда атомы металла занимают места в кристаллической решётке, валентные электроны покидают свои оболочки — они становятся свободными и отправляются «гулять» по всему кристаллу (а именно, свободные электроны перемещаются по внешним орбиталям соседних атомов. Эти орбитали перекрываются друг с другом вследствие близкого расположения атомов в кристаллической решётке, так что свободные электроны оказываются «общей собственностью» всего кристалла). В узлах кристаллической решётки металла остаются положительные ионы, пространство между которыми заполнено «газом» свободных электронов (рис. 1).

Рис. 1. Свободные электроны

Свободные электроны и впрямь ведут себя подобно частицам газа (другой адекватный образ — электронное море, которое «омывает» кристаллическую решётку) — совершая тепловое движение, они хаотически снуют туда-сюда между ионами кристаллической решётки. Суммарный заряд свободных электронов равен по модулю и противоположен по знаку общему заряду положительных ионов, поэтому металлический проводник в целом оказывается электрически нейтральным.

Газ свободных электронов является «клеем», на котором держится вся кристаллическая структура проводника. Ведь положительные ионы отталкиваются друг от друга, так что кристаллическая решётка, распираемая изнутри мощными кулоновскими силами, могла бы разлететься в разные стороны. Однако в тоже самое время ионы металла притягиваются к обволакивающему их электронному газу и, как ни в чём не бывало, остаются на своих местах, совершая лишь тепловые колебания в узлах кристаллической решётки вблизи положений равновесия.

Что произойдёт, если металлический проводник включить в замкнутую цепь, содержащую источник тока? Свободные электроны продолжают совершать хаотическое тепловое движение, но теперь — под действием возникшего внешнего электрического поля — они вдобавок начнут перемещаться упорядоченно. Это направленное течение электронного газа, накладывающееся на тепловое движение электронов, и есть электрический ток в металле (поэтому свободные электроны называются также электронами проводимости). Скорость упорядоченного движения электронов в металлическом проводнике, как нам уже известно, составляет приблизительно 0,1мм/с.

Достоинства и недостатки медных проводов

Медь — это пластичный переходный металл. Имеет золотисто-розовый цвет, встречается в природе в виде самородков. Используется человеком с давних времен — в его честь была названа целая эпоха.

В таблице дано удельное электрическое сопротивление стали и других металлов

Сегодня медные провода часто используют в электронных устройствах. К их достоинствам относятся:

• Высокая электропроводность (металл занимает второе место по этому показателю, уступая только серебру). По сравнению с алюминием медь эффективнее в 1,7 раза: при равном сечении медный кабель пропускает больше тока.
• Сварку, пайку и лужение можно проводить без использования дополнительных материалов.
• Провода обладают хорошей эластичностью и гибкостью, их можно сворачивать и сгибать без особого вреда.

Медь лишь немного уступает серебру

Однако до недавнего времени медные провода проигрывали алюминиевым из-за нескольких недостатков:

• Высокая плотность: при разных размерах медный провод будет весить больше, чем алюминиевый;
• Цена: алюминий в несколько раз дешевле;
• Медь окисляется на открытом воздухе: впрочем, это не влияет на ее работу и легко устраняется.

Источники

Вольфрам — не очень пластичный материал, поэтому спиральку из лампы накаливания
вряд ли удастся выпрямить и использовать по своему разумению. Если вдруг понадобится
вольфрамовый стержень — вам пригодится любой магазин по сварочному делу, электрод для
TIG-горелки без содержания лантана и других присадок. Проволоку для нитей накала самодельной
техники нетрудно купить на eBay.

• Цветовая маркировка электродов:
• Зеленый — чистый вольфрам.
• Красный, оранжевый — вольфрам + торий. Радиоактивно! Не шлифовать, не резать — пыль опасна!
• Голубой — вольфрам + сложная смесь.
• Черный, желтый, синий — вольфрам + лантан.
• Серый — вольфрам + церий.
• Белый — вольфрам + цирконий.

Электропроводность и носители тока

Электропроводность всех веществ связана с наличием в них носителей тока (носителей заряда) — подвижных заряженных частиц (электронов, ионов) или квазичастиц (например, дырок в полупроводнике), способных перемещаться в данном веществе на большое расстояние, упрощенно можно сказать, что имеется в виду что такая частица или квазичастица должна быть способна пройти в данном веществе сколь угодно большое, по крайней мере макроскопическое, расстояние, хотя в некоторых частных случаях носители могут меняться, рождаясь и уничтожаясь (вообще говоря, иногда, возможно, и через очень небольшое расстояние), и переносить ток, сменяя друг друга.

Поскольку плотность тока определяется формулой

j→=qnv→cp.{\displaystyle {\vec {j}}=qn{\vec {v}}_{cp.}} для одного типа носителей, где q — заряд одного носителя, n — концентрация носителей, v_ср. — средняя скорость их движения,

или

j→=∑iqiniv→icp.{\displaystyle {\vec {j}}=\sum _{i}q_{i}n_{i}{\vec {v}}_{icp.}} для более чем одного вида носителей, нумеруемых индексом i, принимающим значение от 1 до количества типов носителей, у каждого из которых может быть свой заряд (отличающийся величиной и знаком), своя концентрация, своя средняя скорость движения (суммирование в этой формуле подразумевается по всем имеющимся типам носителей),

то, учитывая, что (установившаяся) средняя скорость каждого типа частиц при движении в конкретном веществе (среде) пропорциональна приложенному электрическому полю (в том случае, когда движение вызвано именно этим полем, что мы здесь и рассматриваем):

v→cp.=μE→,{\displaystyle {\vec {v}}_{cp.}=\mu {\vec {E}},}

где μ — коэффициент пропорциональности, называемый подвижностью и зависящий от вида носителя тока в данной конкретной среде,

видим, что для электропроводности справедливо:

σ=qnμ{\displaystyle \sigma =qn\mu }

или

σ=∑iqiniμi{\displaystyle \sigma =\sum _{i}q_{i}n_{i}\mu _{i}} для более чем одного вида носителей.

Электропроводность растворов

Скорость движения ионов зависит от напряженности электрического поля, температуры, вязкости раствора, радиуса и заряда иона и межионного взаимодействия.

У растворов сильных электролитов наблюдается характер концентрационной зависимости электрической проводимости объясняется действием двух взаимнопротивоположных эффектов. С одной стороны, с ростом разбавления уменьшается число ионов в единице объёма раствора. С другой стороны, возрастает их скорость за счет ослабления торможения ионами противоположного знака.

Для растворов слабых электролитов наблюдается характер концентрационной зависимости электрической проводимости можно объяснить тем, что рост разбавления ведёт, с одной стороны, к уменьшению концентрации молекул электролита. В то же время возрастает число ионов за счёт роста степени ионизации.

В отличие от металлов (проводники 1-го рода) электрическая проводимость растворов как слабых, так и сильных электролитов (проводники 2-го рода) при повышении температуры возрастает. Этот факт можно объяснить увеличением подвижности в результате понижения вязкости раствора и ослаблением межионного взаимодействия

Электрофоретический эффект — возникновение торможения носителей вследствие того, что ионы противоположного знака под действием электрического поля двигаются в направлении, обратном направлению движения рассматриваемого иона

Релаксационый эффект — торможение носителей в связи с тем, что ионы при движении расположены асимметрично по отношению к их ионным атмосферам. Накопление зарядов противоположного знака в пространстве за ионом приводит к торможению его движения.

При больших напряжениях электрического поля скорость движения ионов настолько велика, что ионная атмосфера не успевает образоваться. В результате электрофоретическое и релаксационное торможение не проявляется.

Пример недопустимых гальванических пар:

Гальваническое действие может возникнуть, если строительную конструкцию из нержавеющей стали скреплять оцинкованными болтами. В этой нежелательной паре пострадает высоко анодный крепеж, поскольку его электроны будут перемещаться в направлении катодной нержавеющей стали. Поэтому, крепежные детали должны быть изготовлены из менее гальванически активного металла, чем материал металлоконструкции.

На скорость течения гальванокоррозии оказывает влияние площадь поверхности анода и катода. Если большой по размеру анод соединить с маленьким катодом, то анод будет ржаветь медленно, а если сделать наоборот, то быстро. Например, используйте болты из нержавеющей стали для крепления алюминия, но не наоборот.

Степень интенсивности протекания контактной коррозии зависит и от условий эксплуатации соединения. В обычных атмосферных условиях процесс будет протекать менее быстро и возрастает в агрессивной электропроводной среде, например, растворах кислот и щелочей. Присутствие в воде других веществ увеличивает проводимость электролита и скорость коррозии. Поэтому при проектировании конструкций важна оценка окружающей среды.

Что не проводит электричество. Какие вещества проводят электрический ток. Проводит ли эбонит электрический ток

Здравый смысл подсказывает нам, что не стоит работать с оголенными электрическими проводами или даже включать вилку в розетку, стоя босиком в луже воды или даже просто с мокрыми руками. Поэтому большинство из нас считает, что вода хорошо проводит электричество. И правда, если мы стоим в ней, держа в руках провод под напряжением или неисправный электроприбор, вода повысит проводимость вашего тела и замкнет электрическую цепь, из-за чего ток протечет через вас. Это может привести к смертельным поражениям или хотя бы просто электрическому шоку.

Но на самом деле чистая дистиллированная вода вообще не проводит электричество. Ведь в ней нет ничего, что могло бы переносить заряд. Но, поскольку она является отличным растворителем, в ней всегда имеется некоторая концентрация заряженных частиц, где бы в природе она ни находилась.

Водопроводная вода всегда содержит в себе достаточно примесей, включая минералы и хлор, что позволяет ей проводить электричество достаточно сильно. Еще более опасной воду делает то, что она способна заполнять все открытые промежутки между вашим телом и любыми наэлектризованными проводами или предметами. Цепь замкнется даже при небольшом количестве водопроводной воды на вашем теле.

Кроме того, соль от пота также растворится в воде, увеличив ее проводимость. Примеси, которые могут проводить электричество, называются электролитами. Они включают в себя кислоты, соли и другие вещества. Электролиты подразделяются на слабые и сильные по степени своей относительной проводимости.

Электролиты способствуют перемещению ионов от катода к аноду при зарядке батареи и от анода к катоду при разрядке или включении электрической цепи. Растворяясь в воде, они распадаются на ионы – свободные движущиеся заряженные частицы, которые из-за своей подвижности внутри растворов могут переносить электрический ток в воде.

Все это можно подтвердить простым экспериментом. Вам понадобится электрическая цепь с батареей и лампочкой, которые соединены проводами. Разомкните ее и положите концы проводов контура в стакан чистой дистиллированной воды. Вы заметите, что лампочка не загорится. Теперь медленно начните растворять в воде обычную поваренную соль.

Лампочка начнет светиться, и по мере растворения соли она будет становиться все ярче и ярче. Ведь поваренная соль, по-научному называемая хлористый натрий (NaCl), растворяясь, распадается на положительный ион натрия (Na) и отрицательный ион хлора (Cl).

Эбонит – один из наиболее востребованных поделочных и конструкционных материалов. Он изготавливается из натурального каучука путем вулканизации в присутствии небольшого количества серы. Эбонит достаточно часто используют как заменитель кости, рога и поделочных камней, и применяют для изготовления ножей, мундштуков, различных сувениров, а также браслетов, колец и т.д.

Благодаря такому широкому применению этого материала в бытовых целях, очень важно знать, можно ли использовать материал в электричестве и проводит ли эбонит электрический ток. Этот вопрос мы и рассмотрим далее

Школьная химия — легко! Урок 54. Физические свойства металлов

Информационный Канал Subscribe.Ru

Здравствуйте, уважаемые
читатели рассылки!  Продолжаем изучать
школьную химию с легкостью.  

«Металл — светлое
тело, которое ковать можно»                  
(М.Ломоносов)

«Металл — простое
вещество, характерными свойствами которого
являются хорошая электропроводность,
теплопроводность и металлический блеск» 
(из справочника)

   Действительно, металлы
мы узнаем по металлическому блеску. Они
блестят потому, что не пропускают сквозь
себя лучи света, подобно прозрачным телам, а
отражают их. Это общее свойство всех
металлов, и оно объясняется тем, что все
металлы имеют сходное расположение частиц —
кристаллическую решетку. Она не похожа на
известные нам виды кристаллических решеток:
атомную, молекулярную, ионную, а состоит из
отдельных ионов металла. Так как атомы
металлов слабо притягивают свои наружные
электроны, то эти электроны легко
отрываются от атомов и перемещаются в
пространстве между ними, образуя так
называемый электронный газ, имеющий
большой отрицательный заряд. В этот газ
оказываются как бы погруженными
положительно заряженные ионы металла. Так
образуется связь между этими частицами, она
называется металлической, как и сама
кристаллическая решетка металла. Если
кусок металла меняет форму (при ударе, ковке,
сплющивании), то атомы и ионы металла
смещаются, но связи между ними не рвутся,
так как  вместе с ними смещаются и общие
электроны. Поэтому все металлы прочны и
пластичны.

   Самые пластичные металлы
— золото, серебро, медь, олово: их можно
раскатать в тончайшую фольгу.

   Свободные электроны в
металле могут перемещаться в электрическом
поле от отрицательного полюса к
положительному — такой поток электронов
называется электрическим током.
Следовательно, металлы электропроводны.
Кроме того. свободные электроны придают
металлам теплопроводность и металлический
блеск. Самый электропроводный металл —
серебро, далее идут медь, золото, алюминий,
железо.

   С разных точек зрения
металлы можно разделить на группы:

По плотности — на легкие (литий,
натрий, магний, алюминий) и тяжелые (хром,
железо, олово, свинец, осмий и др.)

по температуре плавления —
легкоплавкие (ртуть, галлий, рубидий, цезий…) 
и тугоплавкие (медь, хром, вольфрам…)

По химической стойкости —
благородные (золото, платина, серебро) и все
остальные.

По твердости — мягкие (режутся
ножом — щелочные металлы) и твердые. Самый
твердый металл —  хром, он режет стекло.

   Железо и его сплавы в
технике называют черными металлами, все
остальные — цветными.

  При испарении металлов их
кристаллическая решетка разрушается, и
связи между отдельными атомами не
образуется, поэтому в парообразном
состоянии все металлы одноатомны.

  Самое тяжелое вещество на
Земле — осмий, его плотность 22,48 г/см3. в число
наиболее плотных веществ входит и платина.

   Однажды в
ювелирную мастерскую француза Пьера-Франсуа
Шабано при дворе испанского короля Карла III 
зашел некий маркиз Аранда, чтобы приобрести
платиновые изделия. На столе ювелира стоял
кованый платиновый кубик со стороной около
10 см. Старый маркиз хотел приподнять его, но
не смог. «Вы смеетесь на до мной, —
обиделся вельможа. — Платина приклеена чем-то
к столу!» Но нет, кубик не был приклеен,
просто он был слишком тяжел: его масса
составляла 21,5 кг!.

Б.Д.Степин, Л.Ю.Алиакберова
«Книга по химии для домашнего чтения»

Вот и все на сегодня.

Автор рассылки Татьяна
Кузьмина,    Ульяновск  astera52@mail.ru  

Пишите письма, задавайте
вопросы.

Архив рассылки доступен по
адресу:  http—content.mail.ru-arch-arch_14853

Репетиторство по
электронной почте: astera52@mail.ru

  Почтовое репетиторство —
что-то среднее между обычным
репетиторством с преподавателем и
самостоятельными занятиями.  Учебные 
тексты  и задания вы будете получать по
электронной почте, и все ваши ответы будут
проверены, а сложные вопросы разъяснены. 
Плюс этого вида занятий — возможность
оперативной связи с преподавателем не
только по почте, но и с помощью СМС, а также
помощи в приготовлении домашних заданий. 
Пробные уроки бесплатно. 

До встречи через неделю!

Как защитить конструкцию или узел от контактной коррозии?

Если по конструктивным соображениям невозможно избежать нежелательного контакта разнородных металлов, то можно попытаться уменьшить гальваническую коррозию с помощью следующих методов:

• окраска поверхностей в районе их стыка;
• нанесение совместимых металлических покрытий;
• изоляция соединения от внешней среды;
• электрическая изоляция;
• установка неметаллических прокладок, вставок, шайб в болтовых соединениях.

Практика показывает, что в тех случаях, когда пренебрегают требованиями к допустимости контактов разных металлов, приходится дорого за это расплачиваться. Неправильная компоновка контактных пар выводит из строя узлы крепления, металлоконструкции и может стоять человеческой жизни.

Классическая теория электропроводности металлов

Основные положения теории электропроводности металлов содержат шесть пунктов. Первый: высокий уровень электропроводности связан с наличием большого числа свободных электронов. Второй: электрический ток возникает путем внешнего воздействия на металл, при котором электроны из беспорядочного движения переходят в упорядоченное.

Третий: сила тока, проходящего через металлический проводник, рассчитывается по закону Ома. Четвертый: различное число элементарных частиц в кристаллической решетке приводит к неодинаковому сопротивлению металлов. Пятый: электрический ток в цепи возникает мгновенно после начала воздействия на электроны. Шестой: с увеличением внутренней температуры металла растет и уровень его сопротивления.

Природа электропроводности металлов объясняется вторым пунктом положений. В спокойном состоянии все свободные электроны хаотическим образом вращаются вокруг ядра. В этот момент металл не способен самостоятельно воспроизводить электрические заряды. Но стоит лишь подключить внешний источник воздействия, как электроны мгновенно выстраиваются в структурированной последовательности и становятся носителями электрического тока. С повышением температуры электропроводность металлов снижается.

Это связано с тем, что слабеют молекулярные связи в кристаллической решетке, элементарные частицы начинают вращаться в еще более хаотичном порядке, поэтому построение электронов в цепь усложняется. Поэтому необходимо принимать меры по недопущению перегрева проводников, так как это негативно сказывается на их эксплуатационных свойствах. Механизм электропроводности металлов невозможно изменить ввиду действующих законов физики. Но можно нивелировать негативные внешние и внутренние воздействия, которые мешают нормальному протеканию процесса.

Кто виноват?

В большинстве случаев ответственность за состояние линии электропередач несет сама электроснабжающая или эксплуатирующая организация. Так как ее сотрудники постоянно следят за нависанием веток над ЛЭП или их расположением в непосредственной близи к ним. Ведь каждая линия имеет охранную зону ЛЭП, выступающую в обе стороны от проводов на расстояние от 2 до 55 м, в зависимости от уровня напряжения в ней.

Рисунок 3: охранная зона ВЛ

Электроснабжающая организация производит постоянные осмотры линии для выявления подобных угроз, а в случае выявления таковых, обязаны убрать аварийное дерево или ветки, угрожающие проводам.

В случае если старые деревья находятся на балансе какой-либо организации, предприятия и поставщик электроэнергии попросту не имел доступа или разрешения на их вырубку, то вина ложиться на эту организацию. То же можно сказать о городском электротранспорте, когда падение произошло на трамвайные или троллейбусные провода.

Помимо этого в круг виновных могут попасть и обычные граждане, решившие произвести спил на придомовой территории, проводившие вырубку в общественных местах или вдоль линии с целью заготовки дров. Сюда же можно отнести частных предпринимателей и других юридических лиц, которые организовали работу без соответствующих разрешений и их действия привели к падению дерева с последующим обрывом высоковольтного провода или межфазным замыканием.

Как отличается электропроводность разных металлов?

Электронная теория электропроводности металлов получила развитие в исследованиях Паулю Друде. Он сумел открыть такое свойство как сопротивление, которое наблюдается при прохождении электрического тока через проводник. В дальнейшем это позволит классифицировать разные вещества по уровню проводимости. Из полученных результатов легко понять, какой металл подойдет для изготовления того или иного кабеля. Это очень важный момент, так как неправильно подобранный материал может стать причиной возгорания в результате перегрева от прохождения тока избыточного напряжения.

Наибольшей электропроводностью обладает металл серебро. При температуре +20 градусов по Цельсию она составляет 63,3*104 сантиметров-1. Но изготавливать проводку из серебра очень дорого, так как это довольно редкий металл, который используется в основном для производства ювелирных и декоративных украшений или инвестиционных монет.

Металл, обладающий самой высокой электропроводностью среди всех элементов неблагородной группы — медь. Ее показатель составляет 57*104 сантиметров-1 при температуре +20 градусов по Цельсию. Медь является одним из наиболее распространенных проводников, которые используются в бытовых и производственных целях. Она хорошо выдерживает постоянные электрические нагрузки, отличается долговечностью и надежностью. Высокая температура плавления позволяет без проблем работать долгое время в нагретом состоянии.

По распространенности с медью может конкурировать только алюминий, который занимает четвертое место по электропроводности после золота. Он используется в сетях с невысоким напряжением, так как имеет почти вдвое меньшую температуру плавления, чем медь, и не способен выдерживать предельные нагрузки. С дальнейшим распределением мест можно ознакомиться, взглянув на таблицу электропроводности металлов.

Стоит отметить, что любой сплав обладает гораздо меньшей проводимостью, чем чистое вещество. Это связано со слиянием структурной сетки и как следствие нарушением нормального функционирования электронов. Например, при производстве медного провода используется материал с содержанием примесей не более 0,1%, а для некоторых видов кабеля этот показатель еще строже — не более 0,05%. Все приведенные показатели являются удельной электропроводностью металлов, которая рассчитывается как отношение между плотностью тока и величиной электрического поля в проводнике.

Совместимость металлов или как избежать гальванической коррозии?

Контактная коррозия происходит при непосредственном контакте двух разнородных металлов. Нельзя, к примеру, соединять алюминиевые листы медной заклепкой, так как при определенных условиях они образуют сильную гальваническую пару.

Разные металлы имеют разные электродные потенциалы. В присутствии электролита один из них играет роль катода, а другой анода. В результате химической реакции, протекающей между ними, начнется коррозионный процесс, в котором медь (катод) будет беспощадно разрушать алюминий (анод).

Почти все пары разнородных металлов, находящиеся в контакте между собой, подвержены коррозии, так как даже влага из воздуха может выступить в роли электролита и активировать их электродный потенциал. Но одни пары уязвимы в большей степени, а другие – в меньшей.

Например, алюминий отлично контактирует с оцинкованной сталью, хромом и цинком, а латунь совершенно не «дружит» со сталью, алюминием и цинком. Чтобы узнать, какие металлы совместимы, а какие нет, обратимся к основам химии.

В ряду электрохимической активности металлы стоят в следующей последовательности:

Для примера рассмотрим пару алюминий – медь. Алюминий стоит в ряду слева от водорода и имеет электроотрицательный потенциал равный -1.7В, а медь находится справа и имеет положительный потенциал +0.4В. Большая разница потенциалов приводит к разрушению более активного алюминия. Медь сильнее всех, впереди стоящих элементов, поэтому в паре с любым из них она выйдет победителем. Чем дальше друг от друга в ряду стоят элементы, тем выше их несовместимость и вероятность протекания гальванической коррозии.

Данные о совместимости некоторых металлов представлены в таблице:

Алюминий	Д	Н	Н	Н	Д	О	О	Д	Д
Медь	Н	О	О	Д	О	Н	О	Н	Н
Оцинкованная сталь	Д	О	О	О	Д	О	Д	О	Д
Свинец	О	О	О	О	Д	Д	Д	О	Д
Нержавеющая сталь	Д	Н	Н	Н	О	О	О	Д	Н
Цинк	Д	Н	Н	Н	Д	Н	Д	Н	Д

Д – абсолютно допустимые контакты (низкий риск ГК); О – ограничено допустимые контакты (средний риск ГК); Н – недопустимые контакты (высокий риск ГК).

Приведенная таблица может служить кратким справочником для определения совместимости некоторых конструкционных металлов. Допустимость и недопустимость контактов разнородных в электрохимическом отношении металлов устанавливает ГОСТ 9.005-72.

Пара слов о токсикологии ртути.

Некоторые в детстве играли шариками ртути, и «с ними ничего не было». Действительно, вопреки распространенному мнению металлическая ртуть при кратковременном контакте малоопасна. Причина малой токсичности металлической ртути — в ее плохой биодоступности. Нерастворимая в воде и химически инертная, почти как благородные металлы, она не может быстро попасть в организм.

Опасно вдыхание паров ртути, и это практически единственный путь поступления ее в организм. Касание ртути пальцами никакой дополнительной опасности не добавляет. Более того, дажепроглатывание ртути обычно проходит без последствий для здоровья. Ртуть химически достаточно инертна и выходит из организма естественным путем. Поэтому она является причиной не острых отравлений, а вялотекущих хронических, проявляющихся в медленном постепенном ухудшении здоровья и не всегда вовремя диагностируемых врачами. Именно этим ртуть и коварна: маленький шарик, закатившийся под плинтус, будет годами испаряться и отравлять воздух в квартире, а жильцы не будут понимать, чем и почему они болеют. Порча здоровья от контакта со ртутью в течение нескольких дней может быть необратима.

Растворимые соединения ртути намного опаснее, и именно они образуются, когда ртуть так или иначе попадает в организм человека, животных или в растений. Рекорд по токсичности принадлежит диметилртути — это ужасно токсичное из известных человечеству веществ, настолько токсичное, что при первой возможности ищут менее опасную альтернативу если предстоит работа с ней. Капля диметилртути способна убить человека сквозь резиновые перчатки, причем первые симптомы отравления могут появиться только на следующий день.

Если вы выкинув ртуть подальше от дома думаете, что проблема устранена — то вы серьезно ошибаетесь. Ртуть — яд кумулятивный, способный к накоплению в живых организмах
и передаче дальше по пищевой цепочке. Примером отравления человека ртутью является болезнь Минамата. Ртуть из выброшенной люминесцентной лампы отравит если не вас, то ваших потомков.

Диэлектрик.

Диэлектрики – вообще не проводят через себя электричество, либо проводят, но в мизерном количестве. В них отсутствуют свободные носители зарядов из-за сильной связи молекул атома. Поэтому свободных, двигающихся частиц, не возникает – нет движения частиц, нет и электрического тока. Их так же называют изоляторами.

Пример.

Диэлектриков в природе большое множество: дерево, резина, пластмасс, стекло, смолы, дистиллированная вода, газы, картон. Все эти вещества не пропускают через себя ток.

________________________________________________________________________________________

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.