Мыс: электрөткізгіштік, қасиеттері, ерекшеліктері және қолданылуы

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-17 18:58

Қазіргі өнеркәсіптің көптеген салаларында мыс сияқты материал өте кең қолданылады. Бұл металдың электр өткізгіштігі өте жоғары. Бұл оны ең алдымен электротехникада қолданудың орындылығын түсіндіреді. Мыс керемет өнімділік сипаттамалары бар өткізгіштерді жасайды. Әрине, бұл металл тек электротехникада ғана емес, басқа салаларда да қолданылады. Оның сұранысы, басқалармен қатар, бірқатар агрессивті орталарда коррозияға зақым келтіруге төзімділік, отқа төзімділік, пластикалық және т.б. сияқты қасиеттерімен түсіндіріледі.

Тарихи дерек

Мыс – адамға ерте заманнан белгілі металл. Адамдардың бұл материалмен ерте танысуы, ең алдымен, оның табиғатта түйіршіктер түрінде кең таралуымен түсіндіріледі. Көптеген ғалымдар оттегі қосылыстарынан адам шығарған алғашқы металды мыс деп санайды. Бір кездері тау жыныстары жай ғана отта қызып, күрт салқындаған, соның салдарынан оларжарылған. Кейіннен мысты алу оттарда көмір қосып, сильфонмен үрлеумен жүргізіле бастады. Бұл әдістің жетілдірілуі ақырында шахталы пештің пайда болуына әкелді. Тіпті кейінірек бұл металл кендерді тотықтырғыш балқыту арқылы алына бастады.

Мыс: материалдың электрөткізгіштігі

Тыныштық күйде кез келген металдың барлық бос электрондары ядроның айналасында айналады. Сыртқы әсер көзі қосылғанда, олар белгілі бір реттілікпен тізіліп, ток тасымалдаушыларға айналады. Металлдың соңғысын өзі арқылы өткізу қабілетінің дәрежесі электр өткізгіштік деп аталады. Оның халықаралық SI жүйесіндегі өлшем бірлігі 1 см=1 Ом-1 ретінде анықталған Siemens болып табылады.

Мыстың электр өткізгіштігі өте жоғары. Бұл көрсеткіш бойынша ол бүгінде белгілі барлық негізгі металдардан асып түседі. Тек күміс токты одан жақсы өткізеді. Мыстың электр өткізгіштігі +20 °C температурада 57x104 см-1. Осы қасиетінің арқасында бұл металл қазіргі уақытта өнеркәсіптік және тұрмыстық мақсаттарда қолданылатын барлық өткізгіштердің ішіндегі ең көп тараған өткізгіші болып табылады.

Мыс тұрақты электр жүктемелеріне тамаша төтеп береді, сонымен қатар сенімділігімен және беріктігімен ерекшеленеді. Басқа нәрселермен қатар, бұл металл жоғары балқу температурасымен де ерекшеленеді (1083,4 ° C). Ал бұл өз кезегінде мыстың қызған күйде ұзақ уақыт жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Ток өткізгіш ретінде таралуы бойынша, текалюминий.

Қоспалардың мыстың электр өткізгіштігіне әсері

Әрине, біздің заманымызда бұл қызыл металды балқыту үшін ежелгі дәуірге қарағанда әлдеқайда озық әдістер қолданылады. Алайда бүгінгі күннің өзінде толық таза Cu алу мүмкін емес. Мыстың құрамында әрқашан әртүрлі қоспалар болады. Бұл, мысалы, кремний, темір немесе бериллий болуы мүмкін. Бұл ретте мыстың құрамындағы қоспалар неғұрлым көп болса, оның электр өткізгіштігі соғұрлым төмен болады. Сымдарды өндіру үшін, мысалы, жеткілікті таза металл ғана жарамды. Нұсқауларға сәйкес, бұл мақсат үшін қоспаларының мөлшері 0,1%-дан аспайтын мысты пайдалануға болады.

Бұл металдың құрамында күкірт, мышьяк және сурьманың белгілі бір пайызы жиі кездеседі. Бірінші зат материалдың пластикасын айтарлықтай төмендетеді. Мыс пен күкірттің электр өткізгіштігі өте әртүрлі. Бұл қоспа токты мүлдем өткізбейді. Яғни, бұл жақсы изолятор. Бірақ күкірт мыстың электр өткізгіштігіне әсер етпейді деуге болады. Бұл жылу өткізгіштікке де қатысты. Сурьма мен мышьякпен кері көрініс байқалады. Бұл элементтер мыстың электр өткізгіштігін айтарлықтай төмендетуі мүмкін.

Қорытпалар

Мыс сияқты иілгіш материалдың беріктігін арттыру үшін әр түрлі қоспаларды арнайы пайдалануға болады. Олар сонымен қатар оның электр өткізгіштігін төмендетеді. Бірақ екінші жағынан, оларды пайдалану әртүрлі өнімдердің қызмет ету мерзімін айтарлықтай ұзартуы мүмкін.

Көбінесе мыс беріктік қоспасы ретінде пайдаланыладыCD (0,9%) пайдаланылады. Нәтиже - кадмий қола. Оның өткізгіштігі мыстың 90% құрайды. Кейде алюминий кадмийдің орнына қоспа ретінде де қолданылады. Бұл металдың өткізгіштігі мыстың 65% құрайды. Қалайы, фосфор, хром, бериллий сияқты басқа да материалдар мен заттарды сымдардың беріктігін арттыру үшін қоспа түрінде қолдануға болады. Нәтиже - белгілі дәрежедегі қола. Мыс пен мырыш қосындысы жез деп аталады.

Қорытпаның сипаттамалары

Металдардың электр өткізгіштігі олардың құрамындағы қоспалардың мөлшеріне ғана емес, басқа көрсеткіштерге де байланысты болуы мүмкін. Мысалы, қыздыру температурасы жоғарылаған сайын мыстың токты өзінен өткізу қабілеті төмендейді. Тіпті жасалу тәсілі мұндай сымның электр өткізгіштігіне әсер етеді. Күнделікті өмірде және өндірісте жұмсақ күйдірілген мыс өткізгіштерді де, қатты тартылғандарды да қолдануға болады. Бірінші сорттың токты өзінен өткізу қабілеті жоғары.

Дегенмен, әрине, қолданылатын қоспалар және олардың мөлшері мыстың электр өткізгіштігіне бәрінен де көп әсер етеді. Төмендегі кесте оқырманға осы металдың ең көп таралған қорытпаларының ағымдағы өткізу қабілетіне қатысты толық ақпаратты береді.

Мыс қорытпаларының электрөткізгіштігі

Қорытпа	Жағдай (О-тазаланған, T-қатты сызылған)	Өткізгіштік (%)
Таза мыс	O	101
	T	98
Қалайы қола (0,75 %)	O	55-60
	T	50-55
Кадмий қола (0,9%)	O	95
	T	83-90
Алюминий қола (2,5% A1, 2% Sn)	O	15-18
	T	15-18
Фосфорлы қола (7% Sn, 0,1% Ρ)	O	10-15
	T	10-15

Мыс пен жездің электр өткізгіштігі салыстырмалы. Дегенмен, бірінші металл үшін бұл көрсеткіш, әрине, сәл төмен. Бірақ сонымен бірге ол қолаларға қарағанда жоғары. Жез дирижер ретінде кеңінен қолданылады. Ол токты мысқа қарағанда нашар өткізеді, бірақ сонымен бірге оның құны аз. Көбінесе контактілер, қапсырмалар және радиожабдықтардың әртүрлі бөліктері жезден жасалған.

Төзімділігі жоғары мыс қорытпалары

Мұндай өткізгіш материалдар негізінен резисторлар, реостаттар, бақылау-өлшеу аспаптары мен электр жылыту құрылғыларын жасауда қолданылады. Осы мақсатта ең жиі қолданылатын мыс қорытпалары константан және манганин болып табылады. Біріншісінің кедергісі (86% Cu, 12% Mn, 2% Ni) 0,42-0,48 мкОм/м, ал екіншісінің (60% Cu, 40% Ni) 0,48-0,52 мкОм/м.

Коэффицентпен байланысжылу өткізгіштік

Мыстың электр өткізгіштігі 59 500 000 С/м. Бұл көрсеткіш, жоғарыда айтылғандай, дұрыс, бірақ тек +20 ^оС температурасында. Кез келген металдың жылу өткізгіштігі мен меншікті өткізгіштігінің арасында белгілі бір байланыс бар. Оның Видеман-Франц заңын бекітеді. Ол жоғары температурада металдар үшін орындалады және келесі формуламен өрнектеледі: K/γ=π² / 3 (k/e)^{2 T, мұндағы y - өткізгіштік, k - Больцман тұрақтысы, e - элементар заряд.}

Әрине, мыс сияқты металмен ұқсас байланыс бар. Оның жылу өткізгіштігі мен электр өткізгіштігі өте жоғары. Ол осы екі көрсеткіште күмістен кейін екінші орында.

Мыс және алюминий сымдарын қосу

Соңғы уақытта қуаттылығы жоғары электр жабдықтары күнделікті өмірде және өнеркәсіпте қолданыла бастады. Кеңес дәуірінде сымдар негізінен арзан алюминийден жасалған. Өкінішке орай, оның пайдалану сипаттамалары енді жаңа талаптарға сәйкес келмейді. Сондықтан, бүгінгі күні күнделікті өмірде және өнеркәсіпте алюминий сымдары мысға жиі ауыстырылады. Соңғысының басты артықшылығы, олардың отқа төзімділігінен басқа, тотығу процесі кезінде олардың өткізгіштік қасиеттері төмендемейді.

Көбінесе электр желілерін жаңарту кезінде алюминий және мыс сымдарын қосу керек. Сіз мұны тікелей жасай алмайсыз. Шындығында, алюминий мен мыстың электр өткізгіштігі айтарлықтай ерекшеленбейді. Бірақ тек өз бетіншебұл металдар. Алюминий мен мыстың тотығу қабықшалары әртүрлі қасиеттерге ие. Осыған байланысты түйіспедегі өткізгіштік айтарлықтай төмендейді. Алюминийдің тотығу қабығы мысқа қарағанда әлдеқайда төзімді. Сондықтан өткізгіштердің осы екі түрін қосу тек арнайы адаптерлер арқылы жүзеге асырылуы керек. Бұл, мысалы, металдарды оксидтің пайда болуынан қорғайтын паста бар қапсырмалар болуы мүмкін. Адаптерлердің бұл нұсқасы әдетте көшеде сымдарды жалғау кезінде қолданылады. Бөлімше қысқыштары үй ішінде жиі қолданылады. Олардың конструкциясы алюминий мен мыс арасындағы тікелей жанасуды болдырмайтын арнайы пластинадан тұрады. Тұрмыстық ортада мұндай өткізгіштер болмаған жағдайда, сымдарды тікелей бұраудың орнына, аралық «көпір» ретінде шайба мен гайканы пайдалану ұсынылады.

Физикалық қасиеттері

Осылайша, мыстың қандай электрөткізгіштігі бар екенін білдік. Бұл көрсеткіш осы металды құрайтын қоспаларға байланысты өзгеруі мүмкін. Дегенмен, өнеркәсіптегі мысқа сұраныс оның басқа пайдалы физикалық қасиеттерімен де анықталады, оны төмендегі кестеден алуға болады.

Cu физикалық сипаттамалары

Параметр	Мағынасы
Тор	FCC, a=3,6074 Å
Атом радиусы	1, 28 Å
Меншікті жылу сыйымдылығы	385, 48 Дж/(кг К) кезінде +20 оС
Жылуөткізгіштік	394, 279 Вт/(м К) кезінде +20 oC
Электрлік кедергі	1, 68 10-8 Ом м
Сызықтық кеңею коэффициенті	17, 0 10-6
Қаттылық	350 млн/м2
Созу күші	220 млн/м2

Химиялық қасиеттері

Осы сипаттамаларға сәйкес электр және жылу өткізгіштігі өте жоғары мыс сегізінші топтың бірінші триадасының элементтері мен периодтық жүйенің бірінші тобының сілтілі элементтері арасында аралық орынды алады. Оның негізгі химиялық қасиеттері мыналарды қамтиды:

• күрделі қалыптасу тенденциясы;
• түрлі-түсті қосылыстар мен ерімейтін сульфидтер алу мүмкіндігі.

Мысқа ең тән қасиет – екі валентті күй. Оның сілтілі металдармен іс жүзінде ешқандай ұқсастығы жоқ. Оның химиялық белсенділігі де төмен. CO_{2 немесе ылғал болған кезде мыс бетінде жасыл карбонатты қабық пайда болады. Барлық мыс тұздары улы. Бір және екі валентті күйде бұл металл өте тұрақты күрделі қосылыстар түзеді. Өнеркәсіп үшін ең маңыздысы аммиак.}

Пайдалану аймағы

Мыстың жоғары жылу және электр өткізгіштігі оның әртүрлі өнеркәсіп салаларында кеңінен қолданылуын анықтайды. Әрине, көбінесе бұл металл электротехникада қолданылады. Дегенмен, бұл оны қолданудың жалғыз аймағынан алыс. Басқа нәрселермен қатар мысты қолдануға болады:

• зергерлік бұйымдарда;
• архитектурада;
• сантехникалық және жылу жүйелерін құрастыру кезінде;
• газ құбырларында.

Әртүрлі зергерлік бұйымдарды жасау үшін негізінен мыс пен алтынның қорытпасы қолданылады. Бұл зергерлік бұйымдардың деформацияға және тозуға төзімділігін арттыруға мүмкіндік береді. Сәулет өнерінде мыс шатырлар мен қасбеттерді қаптау үшін пайдаланылуы мүмкін. Бұл әрлеудің басты артықшылығы - беріктік. Мысалы, белгілі сәулет ескерткіші - Германияның Хильдесхайм қаласындағы католиктік собордың төбесі осы металдың парақтарымен қапталған. Бұл ғимараттың мыс төбесі оның ішкі кеңістігін 700 жылға жуық қорғап келеді.

Инженерлік коммуникациялар

Мыстан жасалған сантехниканың негізгі артықшылығы да беріктік пен сенімділік болып табылады. Сонымен қатар, бұл металл суға ерекше бірегей қасиеттер бере алады, бұл оны денеге пайдалы етеді. Газ құбырлары мен жылу жүйелерін құрастыру үшін мыс құбырлары да өте қолайлы - негізінен олардың коррозияға төзімділігі мен икемділігіне байланысты. Төтенше жағдайда көтерілуқысым мұндай желілер болаттан әлдеқайда үлкен жүктемеге төтеп бере алады. Мыс құбырларының жалғыз кемшілігі оның жоғары құны болып табылады.