Удельный вес кирпича: видео-инструкция по монтажу своими руками, масса 1 м3, особенности керамического материала, цена, фото

Объемный и удельный вес кирпича: параметры и характеристики

Кирпич – строительный материал, который пользуется огромной популярностью и применяется для возведения различных объектов. Из кирпича в нашей стране построено практически все, начиная от многоэтажных домов и заканчивая малыми архитектурными формами (магазины, гаражи), дачами и загородными коттеджами.

Такой материал отличается своими уникальными техническими характеристиками, доступной стоимостью и большим выбором. Именно разнообразие выбора типов и множество вариаций внешнего вида позволяют использовать материал для строительства, отделки и декорирования.

Удельные массовые характеристики стройматериалов – основа надежности здания

На сегодняшний день более доступных и в то же время надежных и качественных аналогов отечественный рынок просто не предлагает.

Как и любой материал, строительный кирпич имеет множество технических характеристик. Не последнее значение имеет вес, ведь именно от данного показателя во многом зависит прочность и надежность кирпича, долговечность и устойчивость здания, построенного из этого материала.

Характеристики, от которых зависит брутто кирпича
Удельный брутто силикатного и глиняного блоков
Как рассчитать удельный параметр тяжести строительного блока
Объемная масса кладки: параметры и характеристики
Нестандартные камни и блоки: размеры и свойства
Виды искусственных камней и зависимость веса от исходных материалов
Вывод

Характеристики, от которых зависит брутто кирпича

Такой параметр как удельный вес керамического кирпича зависит от нескольких основных показателей:

Сырье, из которого производится стройматериал. В настоящее время для изготовления блока могут применяться как составы на основе глины (керамические блоки), так и песок (например, из него производится двойной силикатный кирпич М 150), искусственный и натуральный камень.
В то же время, есть не только «чистое» сырье, но и разнообразные примеси. Естественно, что плотность и показатели массы подобных изделий будут отличаться от «эталонных», которые приведены ниже;

Важно. Определить зависимость общего брутто от сырья довольно просто – глиняный строительный продукт является самым легким, в то время как силикатный или гиперпрессованный намного тяжелее.

Условия обжига изделия. Как правило, современный блок обжигается в промышленных печах, но каждый из видов оборудования имеет свои уникальные характеристики. Это тоже важно учитывать для определения показателей тяжести.

Возможные варианты исполнения строительных блоков, представленных на отечественном рынке

Удельный брутто силикатного и глиняного блоков

Некоторым может показаться, что стройблок, который сегодня представлен на отечественном рынке, является одинаковым, а отличия заключаются только в цвете и наличии отверстий.

Но все не так просто, например, инструкция предполагает, что глиняное изделие имеет массу 1600-1900 кг/м3, тогда как у огнеупорного этот параметр достигает 1850 кг/м3.

А силикатный блок еще тяжелее, он изготавливается из специального песка, и его удельная масса может составлять порядка 1800-2000 кг/м3. Аналогично, у гиперпрессированных изделий и блоков, состоящих из кусочков натурального и искусственного камней, масса будет несколько выше (сказывается количество лишних включений).

Отдельное слово нужно сказать и о значении всей кладки в целом – данный параметр отличается от характеристики отдельных изделий. Следует отметить, что удельный вес кирпичной кладки 1 м3, выполненной из обычного сырья, составляет 1400-1900 кг/м3, тогда как у бутовой этот параметр равен 2400-2460 кг/м3.

Стандартный керамический (глиняный) стройблок печного обжига

Перед тем, как приступать к возведению дома своими руками, важно в обязательном порядке знать параметры общего брутто изделия. Нужно упомянуть, что такая характеристика не учитывает различные пустоты и прочие отверстия в блоке, для этого используется уже объемный параметр.

Как рассчитать удельный параметр тяжести строительного блока

Вес блока можно охарактеризовать как соотношение массы стройматериала (М) к его объему (V). Существует также формула расчета, и она имеет такой вид: γ=M⁄V. Единицей измерения такой массы изделия является кг/м3 либо же Н/м3 (в различных строительных магазинах может указываться по-разному).

Для зданий из кирпича и других построек важно правильно рассчитать уровень показателей, ведь только так можно гарантировать надежность, прочность и долговечность строений.

Двойной керамический пустотелый керамоблок с повышенными показателями объемной массы

Объемная масса кладки: параметры и характеристики

Кроме, собственно, удельного брутто у блока и кладки из такого сырья есть еще и объемная масса кирпича. Основным отличительным качеством данного параметра является учет при расчете наличия всевозможных пустот и пор в конструкции кладки.

Оба параметра являются отношением массы используемого кирпича к занимаемому объему, но в то же время, объемный вес будет несколько меньше общего расчетного.

Формула для расчета объемного свойства изделия довольно проста: достаточно разделить вес материала (G) на объем, который он занимает в кладке (V1), включая все поры, пустоты и даже мелкие трещины:

Используя такие расчетные формулы, можно максимально быстро и просто произвести все необходимые расчеты, определить общий и объемный вес материала. К тому же, зная все характеристики, можно без особых проблем выбрать нужный вид искусственного камня, который будет максимально полно отвечать всем существующим требованиям, позволит создать строения любых размеров и форм.

Читайте также:

Соединение напольных покрытий

Стандартный поддон строительных блоков

Нестандартные камни и блоки: размеры и свойства

Кроме, собственно, стандартных красных или силикатных, существуют еще и разнообразные нестандартные камни, размеры которых несколько отличаются. Например, есть на отечественном рынке керамические и силикатные камни с габаритами 250х120х138 мм, высота их практически в 2 раза больше, нежели у обычных одинарных.

Вес таких нестандартных стройматериалов, как правило, не стандартизируется, а индивидуально рассчитывается по специальным формулам, которые были приведены ранее. В случае использования для строительства дома подобных стройматериалов обязательно нужно выполнить все расчеты, ведь только так гарантируется надежность и прочность полученной конструкции.

Важно. При использовании нестандартных по габаритам стройматериалов важно обязательно предварительно выполнять расчеты удельного и объемного веса.
Только в таком случае, зная, какая масса у одного кубического метра кладки, можно рассчитывать нагрузки на почву и прочие параметры.

Виды искусственных камней и зависимость веса от исходных материалов

Как уже оговаривалось ранее, силикатный и глиняный камень имеют разные показатели удельного веса.

Зависит это от используемого сырья и различных включений, которые входят в состав материала:

Керамический. Масса одного блока составляет порядка 4 кг – цифра может меняться в зависимости от наличия различных пустот и прочих включений (от этого же зависит и цена). В стандартный поддон помещается порядка 300-500 штук блоков, тогда как вес тары составляет 20-25 кг.
Путем проведения несложных расчетов можно будет вычислить предварительный вес одного поддона стройматериалов. Аналогично по приведенным ранее формулам производится калькуляция удельной и объемной массы. Предварительно можно сказать, что 1м3 стандартной кладки весит порядка 1500-1800 кг;

Силикатный. Производится в специальных автоклавах под высоким давлением из кварцевого песка. Масса данного строительного материала напрямую зависит от его типа: пустотелый (3,8-4 кг) либо же полнотелый кирпич (5 кг).

Вид стандартной кладки из керамического материала с предварительным расчетом удельного и объемного веса

Ранее указывалось, что удельный вес керамического кирпича, а также силикатных блоков можно максимально точно узнать лишь после выполнения расчетов на основе формул. Это будут самые точные данные, используя которые, в дальнейшем можно будет производить различные другие калькуляции, определять нагрузки на фундамент и т.д.

Вывод

Значения удельного и объемного веса блока различных видов – основа для действительно грамотного, качественного и эффективного проектирования различных строений. При строительстве много- и малоэтажных строений в обязательном порядке следует изначально определиться с типом используемого материала, а после, применяя простые формулы, вычислить его удельную и объемную массу.

Поддон с полыми строительными блоками, изготовленными из керамической глины

Только после полного расчета «на бумаге» можно приступать непосредственно к работе над возведением дома. Если выбрана наиболее оптимальная прочность, можно гарантировать надежность, долговечность и устойчивость любого по размерам и назначению строения.

В представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме. Также, приведены все основные формулы и данные для выполнения расчетов, связанных с определением удельной и объемной массы различных строительных материалов.

Вес 1м3 кирпича для чего нужен этот параметр, табличные значения веса кладки

Определение веса мусора в соответствии с его объёмом и наоборот. Таблица с показателями МОБ и формулы для облегчения расчётов. Правильный заказ техники для утилизации.

Таблица удельного веса кирпичной кладки
Для чего определяется вес кирпичной кладки
Особенности стройматериала
Снятие рубероида вручную
Виды материала, используемые в строительстве
Размеры силикатного и керамического кирпича
От каких факторов зависит вес
Отходы от строительных и ремонтных работ (строительный мусор) — состав отхода
Расчеты удельного веса
Асфальт: исторические факты
Возможности онлайн калькуляторов

Таблица удельного веса кирпичной кладки

Ниже представленная подробная таблица для упрощения необходимых подсчетов в тои числе и такого параметра, как вес кирпичной кладки.

Удельный вес и вес 1 м3 кирпичной кладки в зависимости от единиц измерения

Материал	Удельный вес (г/cм3)	Вес 1 м3 (кг)
Среднее значение всех видов кирпичей	1,7 – 1,9	1700 – 1900
Одинарный керамический полнотелый глиняный красный кирпич	1,7 – 1,8	1700 – 1800
Полуторный керамический полнотелый глиняный красный кирпич	1,6 – 1,7	1600 – 1700
Двойной керамический полнотелый глиняный красный кирпич	1,5 – 1,6	1500 – 1600
Одинарный керамический пустотелый глиняный красный кирпич	1,3 – 1,4	1300 – 1400
Полуторный керамический пустотелый глиняный красный кирпич	1,27 – 1,3	1270 – 1300
Двойной керамический пустотелый глиняный красный кирпич	1,1 – 1,27	1100 – 1270
Одинарный керамический пустотелый глиняный красный кирпич облицовочный	1,2 – 1,7	1200 – 1700
Полуторный керамический пустотелый глиняный красный кирпич облицовочный	0,9 – 1,05	900 – 1050
Одинарный силикатный полнотелый белый кирпич	1,8	1800
Полуторный силикатный полнотелый белый кирпич	1,7 – 1,8	1700 – 1800
Одинарный силикатный пустотелый белый кирпич	1,7	1700
Полуторный силикатный пустотелый белый кирпич	1,5	1500
Двойной силикатный пустотелый белый кирпич	1,4	1400
Одинарный силикатный пустотелый белый кирпич облицовочный	1,5 – 1,7	1500 – 1700
Полуторный силикатный пустотелый белый кирпич облицовочный	1,3 – 1,5	1300 – 1500
Одинарный полнотелый шамотный кирпич огнеупорный	1,7 – 1,9	1700 – 1900

Для чего определяется вес кирпичной кладки

Владение объемом 1 м3 кладки нужно в силу разных причин. Прежде имеется в виду расчет предельно допустимой мощности на перекрытия, фундамент. Шамот является достаточно тяжелым строительным изделием, следовательно, для использования его при возведении капитальных стен нужно располагать четким соотношением «разрешенная мощность – удельный вес кирпича». Зачастую ограничением в эксплуатации таких брусков, в частности силикатных образцов и гиперпрессованных в полнотелом исполнении, выступает тип грунта. Если почва гибкая и сыпучая, значит, кирпичная кладка уместна не совсем. В таких ситуациях стоит прибегнуть к альтернативному сырью:

пенобетон;
шлакоблок;
керамзитобетонный блок;
газосиликатный материал.

Если человеку известен точный вес 1 м3 кладки кирпича, вполне реально произвести правильный расчет прочности фундамента с определением запаса стойкости каждой зоны несущей стены. Это имеет значение при выборе марки цемента, расчете мощности на цокольные либо нижние этажи, а также армирующих составляющих сооружения. К тому же достоверное знание веса кладки кирпича даст возможность рассчитать нужную грузоподъемность транспорта, на котором планируется вывоз строительного мусора в ходе демонтажа дома и разборки стен.

Особенности стройматериала

По многим параметрам лучшим материалом, особенно для возведения стен жилых помещений на протяжении многих веков остается кирпич.

Достоинства его очевидны.

Стена из кирпича прекрасно удерживает тепло. В таком доме прохладно летом и тепло зимой.
Прочность строений из этого материала общеизвестна.
Прекрасная звукоизоляция.
Доступность по цене.
Относительная простота транспортировки и использования.

На протяжении столетий кирпич мало менялся, конечно, его габариты не всегда были такими, какие считаются обычными в наше время. В XVII – XVIII вв. строили из кирпича, превосходящего современный по размерам в полтора раза. Соответственно, и масса такого изделия была выше.

Снятие рубероида вручную

Если асфальтореза нет, а болгарку портить нет желания, то старое рулонное покрытие можно снимать ручным способом. Для этого нужно подготовить специальные скребки, старые топоры, ломики и иные инструменты. Можно встретить рекомендации перед снятием нагревать рубероид. Действительно, после размягчения материал снимается легче. Но надо подсчитать, во сколько обойдется само нагревание и только после этого принимать окончательное решение.

Старое покрытие, предварительно разрезанное на квадраты болгаркой, поддевают ломом и снимают

Во время демонтажа можно надеяться лишь на то, что мягкую кровлю настилали небрежно и с грубыми нарушениями технологии, вследствие чего коэффициент адгезии подкладочного слоя с основанием минимальный. Рубероид легко отрывается после незначительных физических усилий, скребок может только скользить по поверхности, нет надобности делать ударные нагрузки. Пожалуй, это единственный случай, когда брак облегчает труд строителей.

Практический совет. Каждый снятый участок нужно сразу подметать, это позволит тщательно контролировать качество работ. Кроме того, мусор не будет разноситься во всей крыше строения.

Виды материала, используемые в строительстве

Для возведения построек могут применяться следующие виды кирпича:

керамические;
силикатные;
огнеупорные;
облицовочные.

Строительство основных несущих конструкций ведется из силикатных или керамических образцов. При облицовочных работах могут применяться как пустотелые, так и полнотелые изделия. Для декорирования могут укладываться объемные блоки.

Облицовочные материалы придают постройке привлекательный вид

У каждого вида имеются свои особенности, характерные отличия. Наиболее популярным считается классический красный кирпич, который относится к керамическому подтипу. Он создается из обожженной глины, обладает высокой прочностью.

Чтобы подобрать наиболее подходящий вид потребуется определиться с поставленными задачами. Если планируется возводить двух- или трехэтажный дом, то рекомендуется использовать прочный, полнотелый кирпич. Для небольших, нежилых построек допустимо применять образцы меньшей прочности.

Размеры силикатного и керамического кирпича

На рынок сегодня поставляются самые разные виды подобного материала. Зависит объемный вес кирпичной кладки от двух основных характеристик:

размеров;
конфигурации.

Размеры кирпича регулируют ГОСТ 530—2012 (для керамического) и ГОСТ 530—2012 (для силикатного). Большинство предприятий, специализирующихся на выпуске такого строительного материала, в нашей стране нормативов, предусмотренных этими документами, придерживаются. Иными словами, в плане геометрии в России сегодня продаются достаточно качественные кирпичи. Необходимым параметрам они в большинстве случаев вполне соответствуют.

От каких факторов зависит вес

Тяжесть кирпичной кладки, прежде всего, зависит от сырья. Наиболее легкими являются керамические образцы, для производства которых задействованы пластификаторы, глина. Они совершают формование специальным прессом, после чего идут на обжиг. Несколько тяжелее считается силикатный и гиперпрессованный кирпич. При выпуске первых применяют кварцевый песок с известью, в основе вторых лежит цемент. Внушительной массой характеризуются клинкерные образцы (в ходе выпуска используется тугоплавкая глина, и далее следует высокотемпературный обжиг).

Кроме материала, немалое воздействие на вес 1 м3 кирпичной кладки обеспечивает тип исполнения. Исходя из данного качества, впору выделить 2 группы моделей:

Полнотелые. Это монолитные образцы правильной формы, в которых отсутствуют декоративные отверстия, внутренние углубления. Полнотелый кирпич ориентировочно до 30% больше по весу, чем пустотелый. Между тем этому материалу свойственна высокая теплопроводность, поэтому при возведении несущих стен применяется изредка. Это связано с отсутствием воздушного пласта и неспособностью сохранять тепло в помещении зимой.
Пустотелые. Такие модели характеризуются высокими эксплуатационными свойствами и меньшей массой. Это дает возможность их активно применять при возведение внешних стен. Еще на вес кладки влияет пористость изделия. Чем большее число в кирпиче внутренних углублений, тем его теплоизоляция выше и, соответственно, меньше вес. В целях повышения пористости шамота на стадии изготовления в изделие добавляют солому либо же опилки. Последние при обжиге выгорают, большое число небольших воздушных пустот останется. Все это при аналогичном объеме изделия позволяет существенно сократить его вес.

Читайте также: Сколько весит поддон с кирпичами

Вместе с тем немалое воздействие на вес кирпичной кладки способен оказать вес цемента и арматуры. Если на 1-й фактор в большинстве влияют профессиональные качества каменщика и толщина накладываемого им раствора, то вес армирующих компонентов зависит от числа и типа металлических конструкций, необходимых повышенной прочности стен и сейсмоустойчивости. Зачастую так выходит, что общий вес цементной смеси с армирующей сеткой является равным чистой массе шамота.

Любые работы по строительству, разборка, демонтаж не обходятся без отходов. Чтобы понимать, какой транспорт заказывать, правильно подсчитав стоимость, необходимо владеть удельным весом строительных отходов. Его преимущественно переводят из 1 м3 в тонны, что гораздо проще сосчитать.

Демонтаж, снос, разборка либо же строительство предполагает огромную массу отходов. И они обязательно закладываются в бюджет. Впору это сделать самостоятельно либо обратиться за помощью к специалисту.

Отходы от строительных и ремонтных работ (строительный мусор) — состав отхода

Чтобы узнать состав строительного мусора, образующегося от вашего предприятия — вам надо провести количественно-химический анализ отхода.

В данном случае состав принят для конкретного предприятия.

влажность (вода) — 5,63 %,
диоксид кремния — 52,54 %,
щебень — 10,22 %,
полиэтилен — 2,95 %,
железо — 13,76 %,
марганец — 0,16 %,
алюминий — 2,88 %,
кальций — 7,04 %,
магний — 1,19 %,
механические примеси — 3,63 %.

Расчеты удельного веса

Для того чтобы просчитать необходимые параметры. Для начала, необходимо определиться с самим понятием. Итак, удельным весом называют количественное соотношение веса к занимаемому объему искомого вещества или материала. Проводятся такие вычисления по следующей формуле: y=p*g, где y – удельный вес, p – плотность, g – ускорение свободного падения, которое в обычных случаях является константой и равняется 9,81 м/с*с. Результат измеряется в Ньютонах, которые делятся на метр кубический (Н/м3). Чтобы перевести полученное значение в систему СИ, необходимо его умножить на 0,102. Примерные значения такого параметра, как удельный вес кирпичной кладки представлены выше в таблице.

Плотностью же называют массу искомого вещества или материала, измеряемую в килограммах, которая помещается в кубическом метре. Этот параметр, зачастую, зависит от множества разнообразных факторов, таких как температура. Средние значения такого параметра как плотность кирпичной кладки составляют диапазон от 900 до 2000 кг/м3.

Асфальт: исторические факты

На греческом языке «асфальт» означает «горная смола», а его добычей занимались еще древние египтяне и вавилоняне. Уникальные вяжущие свойства делали асфальт популярным материалом при покрытии поверхности стен сооружений, дорог, придания прочности посуде. А каким незаменимым был асфальт в кораблестроении! Ведь древние лодки и корабли, корпусы которых были пропитаны жидким асфальтом, приобретали исключительную влагонепроницаемость.

Интересно: сегодня на территории Северной Америки, бывшего СССР и Европы находятся природные месторождения асфальта. Самым древним источником асфальта считается Мертвое (или Асфальтовое) море.

Возможности онлайн калькуляторов

Рассчитать кирпич можно по площади или по объему. При расчете по объему вы задаете размер штучного материала, учитываете (или нет) растворный шов и, выбрав объем в один кубометр, узнаете, сколько весит куб кирпича.

Расход лицевого и рядового кирпича в разных кладках Источник jimcdn.com

Расчет по площади позволяет получить все необходимое количество материала. Для того чтобы воспользоваться возможностями калькулятора, необходимо знать параметры проекта: высоту и длину всех стен (периметр). Также должна быть известна толщина стен, которая задается следующим образом:

В ½ (полкирпича): 120 мм.
В 1 (1 ½, 2, 2½): соответственно 250, 380, 510, 640 мм.

Затем выбирают оставшиеся параметры:

Размер и вид кирпича, а также, пустотелый он или нет, рядовой или облицовочный.
Толщина раствора в кладке, обычно 10, 15 или 20 мм. Иногда толщину нельзя изменить, она задается по умолчанию, например, 1 см. Если этот параметр для вас важен, ищите другой калькулятор.
Особенности кладочной сетки: будет она в каждом ряду, или через 1 (2, 3, 4) ряд.
Цена за 1 штуку.
Точность расчетов можно повысить, если учесть длину и ширину оконных и дверных проемов.

Учитывайте в расчетах оконные проемы Источник ytimg.com

О расчете кирпича на стены в следующем видео:

Удельное сопротивлене меди и ее влияние на свойства металла

Термин «удельное сопротивление» обозначает параметр, которым обладает медь или любой другой металл, и довольно часто встречается в специальной литературе. Стоит разобраться, что понимается под этим.

Одна из разновидностей медного кабеля

Общие сведения об электрическом сопротивлении

Для начала следует рассмотреть понятие электрического сопротивления. Как известно, под действием электрического тока на проводник (а медь является одним из лучших металлов-проводников) часть электронов в нем покидают свое место в кристаллической решетке и устремляются по направлению к положительному полюсу проводника. Однако не все электроны покидают кристаллическую решетку, часть из них остаются в ней и продолжают совершать вращательное движение вокруг ядра атома. Вот эти электроны, а также атомы, расположенные в узлах кристаллической решетки, и создают электрическое сопротивление, препятствующее продвижению высвободившихся частиц.

Данный процесс, который мы вкратце обрисовали, характерен для любого металла, для меди в том числе. Естественно, что различные металлы, у каждого из которых особая форма и размеры кристаллической решетки, сопротивляются продвижению по ним электрического тока по-разному. Как раз эти различия и характеризует удельное сопротивление – показатель, индивидуальный для каждого металла.

Удельное электрическое сопротивление некоторых веществ

Применение меди в электрических и электронных системах

Для того чтобы понять, причину популярности меди как материала для изготовления элементов электрических и электронных систем, достаточно посмотреть в таблице значение ее удельного сопротивления. У меди данный параметр равен 0,0175 Ом*мм2/метр. В этом отношении медь уступает только серебру.

Именно низкое удельное сопротивление, измеряемое при температуре 20 градусов Цельсия, является основной причиной того, что без меди сегодня не обходится практически ни одно электронное и электротехническое устройство. Медь – это основной материал для производства проводов и кабелей, печатных плат, электродвигателей и деталей силовых трансформаторов.

Низкое удельное сопротивление, которым характеризуется медь, позволяет использовать ее для изготовления электротехнических устройств, отличающихся высокими энергосберегающими свойствами. Кроме того, температура проводников из меди повышается очень незначительно при прохождении через них электрического тока.

Зависимость сопротивления меди от температуры

Что влияет на величину удельного сопротивления?

Важно знать, что существует зависимость величины удельного сопротивления от химической чистоты металла. При содержании в меди даже незначительного количества алюминия (0,02%) величина этого ее параметра может значительно возрасти (до 10%).

Влияет на этот коэффициент и температура проводника. Объясняется это тем, что при повышении температуры усиливаются колебания атомов металла в узлах его кристаллической решетки, что и приводит к тому, что коэффициент удельного сопротивления возрастает.

Именно поэтому во всех справочных таблицах значение данного параметра приведено с учетом температуры 20 градусов.

Как рассчитать общее сопротивление проводника?

Знать, чему равно удельное сопротивление, важно для того, чтобы проводить предварительные расчеты параметров электротехнического оборудования при его проектировании. В таких случаях определяют общее сопротивление проводников проектируемого устройства, обладающих определенными размерами и формой. Посмотрев значение удельного сопротивления проводника по справочной таблице, определив его размеры и площадь поперечного сечения, можно рассчитать величину его общего сопротивления по формуле:

В данной формуле используются следующие обозначения:

R — общее сопротивление проводника, которое и необходимо определить;
p — удельное сопротивление металла, из которого изготовлен проводник (определяют по таблице);
l — длина проводника;
S — площадь его поперечного сечения.

Влияние примесей на удельное сопротивление меди

Удельное сопротивлене меди и ее влияние на свойства металла

Удельное электрическое сопротивление некоторых веществ

Применение меди в электрических и электронных системах

Зависимость сопротивления меди от температуры

Сплавы на основе меди

Медь — цветной металл, который на поверхности имеет красный оттенок, а в изломе — розовый. В периодической системе Д.И. Менделеева обозначается символом Cu. В чистом виде металл имеет высокую степень пластичности, электро- и теплопроводности, а также характеризуется устойчивостью к коррозии. Это позволяет использовать медь и ее сплавы для кровель ответственных зданий.

Важные свойства металла:

Температура плавления — 1083°С.
Структура кристаллической решетки — кубическая гранецентрированая.
Плотность — 8,94 г/см3.

Благодаря пластичности медь легко поддается обработке давлением, но плохо режется. Из-за большой усадки металл обладает низкими литейными свойствами. Любые примеси, за исключением серебра, оказывают большое влияние на вещество и снижают его электрическую проводимость.

При маркировке меди используется буква М с числом, которое обозначает марку. Чем меньше номер марки, тем больше в ней чистого вещества. Например, М00 содержит 99,99 % меди, а М4 — 99 %.

Наиболее широкое применение в технике находят две группы медных сплавов — бронзы и латуни.

Бронзы

Бронзы — сплавы на основе меди, в которых легирующим элементом является любой металл, кроме цинка. Наиболее часто применяются сплавы меди со свинцом, оловом, алюминием, кремнием и сурьмой.

Все бронзы по химическому составу делятся на оловянные и специальные, или безоловянные, то есть не содержащие в своем составе олова.

Оловянные бронзы отличаются наиболее высокими литейными, механическими и антифрикционными свойствами, а также имеют повышенную устойчивость к коррозии. Из-за высокой стоимости олова эти сплавы применяют ограниченно.

Специальные бронзы часто используют в качестве заменителей оловянных, и некоторые имеют лучшие технологические свойства. Выделяются следующие виды специальных бронз:

Алюминиевые. Они содержат от 5% до 11% алюминия, а также марганец, никель, железо и другие металлы. Эти сплавы обладают более высокими механическими свойствами, чем оловянные бронзы, однако их литейные свойства ниже. Алюминиевые бронзы служат для изготовления мелких ответственных деталей.
Свинцовистые. В их состав входит около 30% свинца. Эти сплавы имеют высокие антифрикционные свойства, поэтому широко применяются в производстве подшипников.
Кремнистые. Эти бронзы содержат примерно 4% кремния, легируются никелем и марганцем. По своим механическим свойствам почти соответствуют сталям. Применяются, в основном, для изготовления пружинистых элементов в судостроении и авиации.
Бериллиевые. Содержат до 2,3% бериллия, характеризуются высокой упругостью, твердостью и износостойкостью. Эти бронзы используются для пружин, которые работают в условиях агрессивной среды.

Все бронзы имеют хорошие антифрикционные показатели, коррозионную стойкость, высокие литейные свойства, которые позволяют использовать сплавы для изготовления памятников, отливки колоколов и др.

При маркировке бронз используются начальные буквы Бр, после которых идут первые буквы названий основных металлов с указанием их содержания в процентах. Например, сплав БрОФ8-0,3 включает 8% олова и 0,3% фосфора.

Латуни

Латунями называют сплавы меди и цинка с добавлением других металлов — алюминия, свинца, никеля, марганца, кремния и др. В простых латунях содержится только медь и цинк, а многокомпонентные сплавы включают от 1% до 8% различных легирующих элементов, которые добавляют для улучшения различных свойств.

Марганец, никель и алюминий повышают устойчивость сплава к коррозии и его механические свойства.
Благодаря добавкам кремния сплав становится более текучим в жидком состоянии и легче поддается сварке.
Свинец упрощает обработку резанием.

Процентное содержание цинка в любой латуни не превышает 50 %. Эти сплавы стоят дешевле, чем чистая медь, а благодаря добавлению цинка и легирующих элементов, они обладает большей устойчивостью к коррозии, прочностью и вязкостью, а также характеризуются высокими литейными свойствами. Латуни используют для изготовления деталей методами прокатки, вытяжки, штамповки и др.

При маркировке простой латуни используется буква Л и число, обозначающее содержание меди. Например, марка Л96 содержит 96% меди. Для многокомпонентных латуней используется сложная формула: буква Л, затем первые буквы основных металлов, цифра, обозначающая содержание меди, а затем состав других элементов по порядку. Например, латунь ЛАМш77-2–0,05 содержит 77% меди, 2% алюминия, 0,05% мышьяка, остальное — цинк.

Медные шины используются для монтажа шинопровода. Они востребованы в производстве вакуумной, медицинской, военной, авиационной, космической техники. Шины устанавливаются в приборы распределения электроэнергии, линейные ускорители, проводники и приборы. Кроме того, шины используют в строительстве, атомной энергетике, микроэлектронике, ювелирной промышленности.

Читайте также:

Фото проектов коттеджей с мансардой

На рынке присутствуют зарубежные и отечественные производители медных шин. На стороне российской медной шины более низкая стоимость (нет затрат на пошлину, транспортировку) при качестве, не уступающем европейскому.

Компания УГМК-ОЦМ готова к поставкам качественной медной шины производства Кировского завода по обработке цветных металлов. Минимальная партия 500 кг. Достаточно оставить заявку в форме на сайте, чтобы менеджер увидел ваш запрос и дал квалифицированную консультацию по продукции и условиями поставки.

Методы добычи

Медь добывают открытым и закрытым способом. Первый актуален, если руда находится в толще до 500 метров. Для более глубоких залежей строят специальные подземные шахты. Чистую медь получают в основном пирометаллургическим способом, реже – гидрометаллургическим.

Пирометаллургическая методика условно подразделяется на два этапа, и в качестве исходного сырья использует халькопирит (медный купорос). Первая стадия – флотация или окислительный обжиг. Целью этой технологии является обогащение медной руды, в которой повышена концентрация серы. В процессе обработки, сера удаляется до 1%, другие содержащиеся в руде металлы переводятся в оксидные соединения.

Химические формулы процесса:

ZnS + 1.5O2 = ZnO + SO2 + Q – реакция протекает при температуре, превышающей +800 градусов;
ZnS + 2O2 = ZnSO2 + Q – оптимальная температура варьируется в пределах +600/+700 градусов.

После этого, обогащённая руда плавится в шахтных печах при температуре + 14 500 градусов, преобразуясь в сплав, состоящий из сульфидов железа и меди (штейн). Чтобы повысить качество, проводится конвертерный обдув без подачи топлива. Содержание меди в таком сплаве составляет примерно 91%. Вторая стадия – рафинирование, после чего медная составляющая увеличивается до 99.9%.

Гидрометаллургический способ основывается на выщелачивании. Для этого руду дробят на небольшие куски, и заливают растворителями:

NH4OH;
H2SO4;
Fe (SO4).

В результате получается раствор, в котором выделяется медь и другие металлы. Формулы процесса:

CuO+H2SO4>CuSO4+H2O – выщелачивание серной кислотой;
CuSO4+2Fe2SO4>4FeSO4+2CuSO+S – применение сульфата железа;
Cu2S + 2 Fe2 (SО4)3>2 СuSO4 + 4 FeSO4 + S – выщелачивание сернокислым железом.

Полученный раствор проходит последующую обработку для извлечения металла. Например, может использоваться методика цементации: CuSО4 + Fe>FeSО4 + Cu. Здесь в состав добавляются куски железа, заменяющие медную составляющую в сернокислых солях.

На какие характеристики изделия влияет твердость?

Для каждой области важны конкретные критерии и показатели. Например, износостойкость, которая представляет собой подверженность металла истиранию, разрушению поверхности, изменению размеров в ходе эксплуатации в тех или иных условиях, важна решительно в каждой сфере использования данного материала. Нельзя найти такой области, где этот показатель не был бы не просто важен, а даже первостепенен, будь то детский конструктор или новый виадук, хирургическая игла или вышка связи, газопроводная труба или обручальное кольцо. Естественно, чем износостойкость выше, тем дольше прослужит изделие, и тем дороже будет стоить.
Следующим, на что напрямую влияет твердость, является возможность обработки конкретного металла или сплава и вид этой обработки. Здесь можно выделить несколько больших групп способов обработки:

механическая,
литье,
термическая,
давлением,
сварка,
электрическая,
химическая.

Разумеется, при выборе метода должно быть учтено несколько критериев (вкратце — исходные свойства металла и желаемый результат), но твердость исходного материала является одним из основополагающих в этом вопросе.
Твердость металлов также влияет на сопротивление давлению и другим усилиям. Это важно, например, для валов или подшипников, на которые действуют силы центробежная и трения.
Величина твердости материала определяет возможность использования изделия как инструмента для работы с другими металлическими или неметаллическими изделиями. Здесь речь идет об инструментальной стали с повышенным содержанием углерода (от 0,7 % и выше). Из неё изготавливают различные инструменты как для промышленного, так и для домашнего использования: сверла, фрезы, молотки, плоскогубцы, напильники, хирургические ножницы, скальпели и т.д.
Естественным выводом из всего вышесказанного является признание огромной важности показателя твердости металлов и вопрос вероятности её повышения.

Распространенность в природе и подготовка

В 1801 году английский химик Чарльз Хэтчетт исследовал тяжелый черный камень, привезенный из Америки. Он обнаружил, что камень содержит неизвестный на тот момент элемент, который он назвал колумбием по его стране происхождения. Название, под которым он известен сейчас — ниобий, — было дано ему в 1844 году его вторым открывателем Генрихом Розе. Генрих Розе стал первым человеком, которому удалось отделить ниобий от тантала. До этого отличить эти два материала было невозможно. Розе дал металлу название ниобий по имени дочери царя Тантала Ниобии. Тем самым он хотел подчеркнуть тесное родство двух металлов. Металлический ниобий был впервые получен путем восстановления в 1864 году К. В. Бломстрандом. Официальное название ниобий получил только спустя примерно 100 лет после долгих споров. Международное объединение теоретической и прикладной химии признало «ниобий» официальным названием металла.

Ниобий чаще всего встречается в природе в виде колумбита, также известного как ниобит, химическая формула которого (Fe,Mn) [(Nb,Ta)O3]2. Другим важным источником ниобия является пирохлор, ниобат кальция сложной структуры. Месторождения этой руды находятся в Австралии, Бразилии и некоторых африканских странах.

Добываемые руды перерабатываются на нескольких различных стадиях с получением концентратов до 70 % (Ta, Nb)2O5. Затем они растворяются во фтороводородной и серной кислотах. После этого соединения фторида тантала и ниобия разделяют с использованием процесса экстракции. Фторид ниобия окисляется кислородом с образованием пентоксида ниобия, а затем восстанавливается углеродом при 2000 °C с образованием металлического ниобия. После этого получают сверхчистый ниобий, применяя дополнительный процесс электронно-лучевого переплава.

Здесь вы можете загрузить спецификации безопасности:

Влияние температуры на удельное сопротивление

Как мы уже выяснили выше, причиной сопротивления в металле являются узлы кристаллической решетки и их колебания. Так вот, при увеличении температуры, тепловые колебания узлов увеличиваются, а значит, удельное сопротивление также увеличивается. Существует такая величина как температурный коэффициент сопротивления (ТКС), который показывает насколько увеличивается, или уменьшается удельное сопротивление металла при нагреве или охлаждении. Например, температурный коэффициент меди при 20 градусах по цельсию равен 4.1 · 10 − 3 1/градус. Это означает что при нагреве, к примеру, медной проволоки на 1 градус цельсия, её удельное сопротивление увеличится на 4.1 · 10 − 3 Ом. Удельное сопротивление при изменении температуры можно вычислить по формуле

где r это удельное сопротивление после нагрева, r – удельное сопротивление до нагрева, a – температурный коэффициент сопротивления, t₂ – температура до нагрева, t₁ — температура после нагрева.

Подставив наши значения, мы получим: r=0,0175*(1+0.0041*(154-20))=0,0271 Ом*мм 2 /м. Как видите наш брусок из меди длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм 2 , после нагрева до 154 градусов, имел бы сопротивление, как у такого же бруска, только из алюминия и при температуре равной 20 градусов цельсия.

Свойство изменения сопротивления при изменении температуры, используется в термометрах сопротивления. Эти приборы могут измерять температуру основываясь на показаниях сопротивления. У термометров сопротивления высокая точность измерений, но малые диапазоны температур.

На практике, свойства проводников препятствовать прохождению тока используются очень широко. Примером может служить лампа накаливания, где нить из вольфрама, нагревается за счет высокого сопротивления металла, большой длины и узкого сечения. Или любой нагревательный прибор, где спираль разогревается благодаря высокому сопротивлению. В электротехнике, элемент главным свойством которого является сопротивление, называется – резистор. Резистор применяется практически в любой электрической схеме.

Удельное сопротивление и другие свойства меди

Одним из самых востребованных металлов в отраслях промышленности является медь. Наиболее широкое распространение она получила в электрике и электронике. Чаще всего ее применяют при изготовлении обмоток для электродвигателей и трансформаторов. Основная причина использования именно этого материала заключается в том, что медь обладает самым низким из существующих в настоящий момент материалов удельным электрическим сопротивлением. Пока не появится новый материал с более низкой величиной этого показателя, можно с уверенностью говорить о том, что замены у меди не будет.

Общая характеристика меди

Говоря про медь, необходимо сказать, что еще на заре электрической эры она стала использоваться в производстве электротехники. Применять ее стали во многом по причине уникальных свойств, которыми обладает этот сплав. Сам по себе он представляет материал, отличающийся высокими свойствами в плане пластичности и обладающий хорошей ковкостью.

Наряду с теплопроводностью меди, одним из самых главных ее достоинств является высокая электропроводность. Именно благодаря этому свойству медь и получила широкое распространение в энергетических установках, в которых она выступает в качестве универсального проводника. Наиболее ценным материалом является электролитическая медь, обладающая высокой степенью чистоты -99,95%. Благодаря этому материалу появляется возможность для производства кабелей.

Плюсы использования электролитической меди

Применение электролитической меди позволяет добиться следующего:

Обеспечить высокую электропроводность;
Добиться отличной способности к уложению;
Обеспечить высокую степень пластичности.

Сферы применения

Кабельная продукция, изготавливаемая из электролитической меди, получила широкое распространение в различных отраслях. Чаще всего она применяется в следующих сферах:

электроиндустрия;
электроприборы;
автомобилестроение;
производство компьютерной техники.

Чему равно удельное сопротивление?

Чтобы понимать, что собой представляет медь и его характеристики, необходимо разобраться с основным параметром этого металла — удельным сопротивлением. Его следует знать и использовать при выполнении расчетов.

Под удельным сопротивлением принято понимать физическую величину, которая характеризуется как способность металла проводить электрический ток.

Знать эту величину необходимо еще и для того, чтобы правильно произвести расчет электрического сопротивления проводника. При расчетах также ориентируются на его геометрические размеры. При проведении расчетов используют следующую формулу:

Это формула многим хорошо знакома. Пользуясь ею, можно легко рассчитать сопротивление медного кабеля, ориентируясь только на характеристики электрической сети. Она позволяет вычислить мощность, которая неэффективно расходуется на нагрев сердечника кабеля. Кроме этого, подобная формула позволяет выполнить расчеты сопротивления любого кабеля. При этом не имеет значения, какой материал использовался для изготовления кабеля — медь, алюминий или какой-то другой сплав.

Такой параметр, как удельное электрическое сопротивление измеряется в Ом*мм2/м. Этот показатель для медной проводки, проложенной в квартире, составляет 0,0175 Ом*мм2/м. Если попробовать поискать альтернативу меди — материал, который можно было бы использовать вместо нее, то единственным подходящим можно считать только серебро, у которого удельное сопротивление составляет 0,016 Ом*мм2/м. Однако необходимо обращать внимание при выборе материала не только на удельное сопротивление, но еще и на обратную проводимость. Эта величина измеряется в Сименсах (См).

Читайте также:

Чем лучше обшить каркасный дом изнутри?

У меди любого веса этот параметр состав равен 58 100 000 См/м. Что касается серебра, то величина обратной проводимости у нее равна 62 500 000 См/м.

В нашем мире высоких технологий, когда в каждом доме имеется большое количество электротехнических устройств и установок, значение такого материала, как медь просто неоценимо. Этот материал используют для изготовления проводки, без которой не обходится ни одно помещение. Если бы меди не существовало, тогда человеку пришлось использовать провода из других доступных материалов, например, из алюминия. Однако в этом случае пришлось бы столкнуться с одной проблемой. Все дело в том, что у этого материала удельная проводимость гораздо меньше, чем у медных проводников.

Удельное сопротивление

Использование материалов с низкой электро- и теплопроводностью любого веса ведет к большим потерям электроэнергии. А это влияет на потерю мощности у используемого оборудования. Большинство специалистов в качестве основного материала для изготовления проводов с изоляцией называют медь. Она является главным материалом, из которого изготавливаются отдельные элементы оборудования, работающего от электрического тока.

Платы, устанавливаемые в компьютерах, оснащаются протравленными медными дорожками.
Медь также используется для изготовления самых разных элементов, применяемых в электронных устройствах.
В трансформаторах и электродвигателях она представлена обмоткой, которая изготавливается из этого материала.

Можно не сомневаться, что расширение сфер применения этого материала будет происходить с дальнейшим развитием технического прогресса. Хотя, кроме меди, существуют и другие материалы, но все же конструктора при создании оборудования и различных установок используют медь. Главная причина востребованности этого материала заключается в хорошей электрической и теплопроводности этого металла, которую он обеспечивает в условиях комнатной температуры.

Температурный коэффициент сопротивления

Свойством уменьшения проводимости с повышением температуры обладают все металлы с любой теплопроводностью. При понижении температуры проводимость возрастает. Особенно интересным специалисты называют свойство уменьшения сопротивления с понижением температуры. Ведь в этом случае, когда в комнате температура снижается до определенной величины, у проводника может исчезнуть электрическое сопротивление и он перейдет в класс сверхпроводников.

Для того чтобы определить показатель сопротивления конкретного проводника определенного веса в условиях комнатной температуры, существует коэффициент критического сопротивления. Он представляет собой величину, которая показывает изменение сопротивления участка цепи при изменении температуры на один Кельвин. Для выполнения расчета электрического сопротивления медного проводника в определенном временном промежутке используют следующую формулу:

ΔR = α*R*ΔT, где α — температурный коэффициент электрического сопротивления.

Заключение

Медь — материал, который широко применяют в электронике. Его используют не только в обмотке и схемах, но и в качестве металла для изготовления кабельной продукции. Чтобы техника и оборудование работали эффективно, необходимо правильно рассчитать удельное сопротивление проводки, прокладываемой в квартире. Для этого существует определенная формула. Зная её, можно произвести расчет, который позволяет узнать оптимальную величину сечения кабеля. В этом случае можно избежать потери мощности оборудования и обеспечить эффективность его использования.

Удельное сопротивление меди

Сравнительно небольшое удельное сопротивление меди – важный, но не единственный положительный фактор. Широкое применение этого материала объясняется разумной стоимостью, устойчивостью к неблагоприятным внешним воздействиям. Из него несложно создавать качественные изделия необходимой формы, которые без дополнительной защиты сохраняют функциональность при длительной эксплуатации в сложных условиях.

Медь – основной материал для проводников

Квалифицированный выбор подходящего материала сопровождается комплексной оценкой нескольких факторов. Медный проводник не повреждается коррозией, потому что на поверхности образуется защитный слой из окислов. Структурная целостность сохраняется при малом радиусе поворота, после многократных изгибов. Отмеченные параметры пригодятся для оснащения помещений с повышенной влажностью и прокладки линий сложной конфигурации.

Тем не менее, главным преимуществом является малое сопротивление проводов из меди. Кроме улучшения токопроводимости с одновременным снижением потерь при передаче энергии, следует отметить уменьшение веса и размеров кабельной продукции, по сравнению с альтернативными вариантами.

Удельное сопротивление чистых металлов при низких температурах

Колебательные процессы в молекулярной решетке препятствуют свободному перемещению электронов. Этим объясняется увеличение сопротивления по мере роста температуры. Линейная зависимость наблюдается от небольшой положительной температуры, вплоть до точки начала плавления. Соответствующий фазовый переход сопровождается резким увеличением электрического сопротивления. Разумеется, подобный режим после разрушения не является рабочим.

Теоретические показатели «а» подтверждаются результатами эксперимента «б». Если структуру чистого металла исказить примесями (загрязнениями, компонентами сплавов), произойдет беспорядочное распределение носителей электрического заряда. Это, в свою очередь, увеличит потери в цепи (сопротивление).

Таблица сопротивления металлов

Чтобы убедиться в преимуществах меди, надо сделать соответствующий сравнительный анализ. Ниже приведены значения сопротивлений металлов в сводной таблице.

Основные электрические параметры проводников, созданных из разных материалов

Материал	Удельное сопротивление в Омах на метр, замеренное при комнатной температуре (+20°C)	Удельная электропроводность при аналогичных условиях, в сименсах на метр
Медь	1,68х10^-3	5,96х10^7
Серебро	1,59х10^-3	6,3х10^7
Золото	2,44х10^-3	4,1х10^7
Алюминий	2,82х10^-3	3,5х10^7
Вольфрам	5,6х10^-3	1,79х10^7
Железо	1х10^-7	1х10^7
Платина	1,06х10^-7	9,43х10^6
Литий	9,28х10^-8	1,08х10^7

Важно! Малого сопротивления проводника из железа недостаточно для широкого применения соответствующих изделий на практике. Активное окисление провоцирует быстрое разрушение.

Таблица удельных сопротивлений проводников

В некоторых ситуациях с расходами не считаются. Военную и космическую технику создают с применением проводников из драгоценных металлов. Такие решения помогают уменьшить сечение и вес, повысить стойкость к радиационным и другим особым воздействиям.

Для изготовления серийных изделий бытового и промышленного назначения применяют более доступные по цене материалы.

Данные для расчета электрических параметров проводников с учетом изменения температуры

Материал	Удельное сопротивление (в Ом на мм кв./ м), замеренное при комнатной температуре (+0°C)	Поправочный температурный коэффициент (ПК)
Медь	0,0176	0,004
Алюминий	0,0278	0,0045
Сталь	0,13	0,0063
Никелин	0,43-0,45	0,0072
Латунь	0,04	0,002
Нихром	0,98	0,0003
Вольфрам	0,0612	0,00047

Применение нержавеющей стальной проволоки помогает увеличить прочность при одновременной оптимизации себестоимости. Для улучшения антикоррозийных свойств применяют специальные добавки. Они повышают сопротивление проводника из стали почти в 10 раз, по сравнению с медным аналогом.

В любом случае особое значение имеют конкретные условия в процессе использования, а также назначение изделий. Никель, например, проявляет ферромагнитные свойства при чрезвычайно низких температурах ниже порогового значения «точки Кюри» (-358 0°C). Кремний, который применяют для изготовления микросхем и транзисторов, обладает особыми параметрами полупроводника.

Сравнение проводимости меди и алюминия

Первый вывод можно сделать после изучения табличных данных. Сопротивление алюминия примерно на 80% выше, по сравнению с медью. В такой же пропорции хуже проводимость. Но для корректного анализа необходимо изучить дополнительно следующие факты:

алюминий легче, но для получения аналогичных электрических параметров понадобится увеличить поперечное сечение (толщину проводника);
медные изделия (многожильные кабели) не повреждаются неоднократным сгибанием;
удельное сопротивление алюминия изменяется больше при повышении/ снижении температуры;
пленка из окислов на его поверхности образуется быстрее, поэтому для надежности (долговечности) современную проводку делают из меди.

Применение электропроводности материалов

Наличие отмеченных свойств используют не только в инженерных энергетических сетях. Хорошая электропроводность позволяет передавать на большие расстояния информационные сигналы без искажений. Сохранение высокой амплитуды уменьшает требования к усилительным трактам, снижает общую себестоимость систем. Минимизация потерь пригодится в электролизных установках, при создании контактных групп и обмоток двигателей.

Важно! Во всех перечисленных примерах, кроме общего повышения эффективности, можно рассчитывать на предотвращение перегрева.

Расчет сопротивления

Для коррекции температурных изменений в последнем столбце второй таблицы приведены отдельные множители по каждой позиции. Расчет выполняют по формуле RT=Rn*(1+ПК*Т), где приведенные символы означают:

RТ – электрическое сопротивление в Омах при определенной температуре;
Rn – сопротивление проводника при нулевой температуре;
ПК – поправочный коэффициент;
Т – эксплуатационная температура в градусах Цельсия.

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.

Видео

Удельное сопротивление проводников — меди, алюминия, стали

Одной из физических величин, используемых в электротехнике, является удельное электрическое сопротивление. Рассматривая удельное сопротивление алюминия, следует помнить, что данная величина характеризует способность какого-либо вещества, препятствовать прохождению через него электрического тока.

Медь – основной материал для проводников

Таблица удельных сопротивлений проводников

Материал проводника

Удельное сопротивление ρ в

Серебро
Медь
Золото
Латунь
Алюминий
Натрий
Иридий
Вольфрам
Цинк
Молибден
Никель
Бронза
Железо
Сталь
Олово
Свинец
Никелин (сплав меди, никеля и цинка)
Манганин (сплав меди, никеля и марганца)
Константан (сплав меди, никеля и алюминия)
Титан
Ртуть
Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца)
Фехраль
Висмут
Хромаль

0,015
0,0175
0,023
0,025… 0,108
0,028
0,047
0,0474
0,05
0,054
0,059
0,087
0,095… 0,1
0,1
0,103… 0,137
0,12
0,22
0,42
0,43… 0,51
0,5
0,6
0,94
1,05… 1,4
1,15… 1,35
1,2
1,3… 1,5

Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм2 обладает сопротивлением 0,13 Ом. Чтобы получить 1 Ом сопротивления нужно взять 7,7 м такой проволоки. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро. 1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм2. Серебро — лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм2 обладает сопротивлением 0,0175 Ом. Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.

Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.

Сопротивление проводника можно определить по формуле:

где r — сопротивление проводника в омах; ρ — удельное сопротивление проводника; l — длина проводника в м; S — сечение проводника в мм2.

Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм2.

Пример 2. Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм2.

Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.

Пример 3. Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 Ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм2. Определить необходимую длину проволоки.

Пример 4. Определить сечение 20 м нихромовой проволоки, если сопротивление ее равно 25 Ом.

Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм2 и длиной 40 м имеет сопротивление 16 Ом. Определить материал проволоки.

Материал проводника характеризует его удельное сопротивление.

По таблице удельных сопротивлений находим, что таким сопротивлением обладает свинец.

Выше было указано, что сопротивление проводников зависит от температуры. Проделаем следующий опыт. Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки и включим эту спираль в цепь аккумулятора. Для измерения тока в цепь включаем амперметр. При нагревании спирали в пламени горелки можно заметить, что показания амперметра будут уменьшаться. Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.

У некоторых металлов при нагревании на 100° сопротивление увеличивается на 40 — 50 %. Имеются сплавы, которые незначительно меняют свое сопротивление с нагревом. Некоторые специальные сплавы практически не меняют сопротивления при изменении температуры. Сопротивление металлических проводников при повышении температуры увеличивается, сопротивление электролитов (жидких проводников), угля и некоторых твердых веществ, наоборот, уменьшается.

Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой платиновую проволоку, намотанную на слюдяной каркас. Помещая термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи.

температурный коэффициент сопротивления — это изменение сопротивления проводника при его нагревании, приходящееся на 1 Ом первоначального сопротивления и на 1° температуры, обозначается буквой α.

Если при температуре t0 сопротивление проводника равно r0, а при температуре t равно rt, то температурный коэффициент сопротивления

Примечание. Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200°C).

Приводим значения температурного коэффициента сопротивления α для некоторых металлов (таблица 2).

Понятия, связанные с удельным сопротивлением

Величина, противоположная удельному сопротивлению, носит наименование удельной проводимости или электропроводности. Обычное электрическое сопротивление свойственно лишь проводнику, а удельное электрическое сопротивление характерно только для того или иного вещества.

Как правило, эта величина рассчитывается для проводника, имеющего однородную структуру. Для определения электрического сопротивления однородных проводников используется формула:

Физический смысл этой величины заключается в определенном сопротивлении однородного проводника с определенной единичной длиной и площадью поперечного сечения. Единицей измерения служит единица системы СИ Ом•м или внесистемная единица Ом•мм2/м. Последняя единица означает, что проводник из однородного вещества, длиной 1 м, имеющий площадь поперечного сечения 1 мм2, будет иметь сопротивление в 1 Ом. Таким образом, удельное сопротивление любого вещества можно вычислить, используя участок электрической цепи, длиной 1 м, поперечное сечение которого будет составлять 1 мм2.