Преимущества меди, обеспечивающие ей широкое применение в качестве проводникового материала, следующие: 1) малое удельное сопротивление (из всех металлов только серебро имеет несколько меньшее удельное сопротивление, чем медь); 2) достаточно высокая механическая прочность; 3) удовлетворительная в большинстве случаев применения стойкость по отношению к коррозии (медь окисляется на воздухе даже в условиях высокой влажности значительно медленнее, чем, например, железо; интенсивное окисление меди происходит только при повышенных температурах);4)хорошая обрабатываемость: медь прокатывается в листы, ленты и протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до тысячных долей миллиметра; 5) относительная легкость пайки и сварки.

В электровакуумном производстве применяют более чистую медь. Медь ре кристаллизируется при температуре 270° С. Влияние отжига на свойства меди таковы, что при отжиге значительнее изменяются механические свойства меди и слабее меняется ее удельное сопротивление. Как проводниковый материал используют твердую и мягкую медь. При холодной протяжке получают твердую медь (МТ), которая благодаря влиянию наклепа имеет высокий предел прочности при растяжении (360 – 390 МПа) и малое относительное удлинение перед разрывом, а также обладает твердостью и упругостью при изгибе; проволока из твердой меди не пружинит. Если же медь подвергать отжигу, т.е. нагреву до нескольких сот градусов с последующим охлаждением, то получится мягкая медь (ММ), которая сравнительно пластична, имеет малую твердость и небольшую прочность (260 – 280 МПа), но весьма большое удлинение при разрыве и более высокую удельную проводимость.

Медь получают чаще всего путем переработки сульфидных руд. После ряда плавок руды и обжигов с интенсивным дутьем медь, предназначенная для электротехнических целей, обязательно проходит процесс электролитической очистки. Полученные после электролиза катодные пластины меди переплавляют в болванки массой 80-90 кг, которые прокатывают и протягивают в изделия требующегося поперечного сечения. При изготовлении проволоки, болванки сперва подвергают горячей прокатке в так называемую катанку диаметром 6,5-7,2 мм; затем катанку протравливают в слабом растворе серной кислоты, чтобы удалить с ее поверхности окись меди CuO, образовавшуюся при нагреве, и затем уже протягивают без подогрева в проволоку нужных диаметров – до 0,03-0,02 мм.

Твердую медь употребляют там, где надо обеспечить особо высокую механическую прочность, твердость и сопротивляемость истиранию; для контактных проводов, для шин распределительных устройств, для коллекторных пластин электрических машин и пр.

Мягкую медь в виде проволок круглого и прямоугольного сечения применяют главным образом в качестве токопроводящих жил кабелей и обмоточных проводов, где важна гибкость и пластичность (не должна пружинить при изгибе), а не прочность.

Задача № 1 (проводниковый материал).

Определить сопротивление проволочного резистора, выполненного из медного провода длиной 10 метров и сечением 0,05 мм2

Решение:

Сопротивление постоянному току медного провода прямо пропорционально длине провода и обратно пропорционального площади поперечного сечения:

Где R – сопротивление в Ом,

– удельное сопротивление меди (0,01754 мкОм×м),

l – длина проводника (10 м),

S – площадь поперечного сечения проводника (0,05 мм2).

Подставляя значения в формулу, получим:

Полистирол [СН(С6Н5)СН2]n - твердый прозрачный материал. Он является неполярным диэлектриком, с чем и связаны его высокие электроизоляционные свойства. Основными параметрами полистирола есть: r=1014-1015 Ом×м, нагревостойкость 70-80 °С, холодостойкость –60 °С, предел прочности при растяжении 35-60 МПа, плотность 1,05 Мг/м3. Температура размягчения полистирола составляет +(70-85) °С. Относительная диэлектрическая проницаемость полистирола 2,4…2,6. Недостатками его являются: хрупкость при пониженных температурах, склонность к постепенному образованию поверхностных трещин, малая стойкость к действию растворителей (в частности, жидких углеводородов) и невысокая нагревостойкость.

Полимеризация стирола приводит к образованию длинных цепей, построенных из звеньев - СН(С6Н5)СН2 -; отдельные цепи практически не связаны между собой поперечными связями. Хотя можно получать и изотактические цепи, в которых все бензольные кольца расположены на одной стороне цепи, такой полимер слишком хрупок для большинства практических целей. Поэтому в промышленности получают в основном атактический полистирол, в молекулах которого бензольные кольца ориентированы хаотично. В силу прочности связей между бензольными кольцами полимерной цепи и обусловленных ими затруднений при движении одной цепи относительно другой полистирол менее гибок, чем полиэтилен. Впрочем, эластичный полистирол можно получить с помощью пластификаторов. Нерегулярный характер структуры полимерных цепей и неупорядоченность их упаковки в твердом полимере обусловливают высокую прозрачность чистого полистирола. Бензольные кольца придают полистиролу чувствительность к действию ультрафиолетового или другого высокоэнергетического излучения, поэтому обычно в полистирол вводят добавки антиоксидантов. Такие добавки особенно необходимы, если полистирол предназначен для изготовления креплений для ламп дневного света, так как последние частично генерируют и ультрафиолетовое излучение. Если полистирол не защищен антиоксидантами, то уже на солнечном свету он быстро желтеет и разрушается. В промышленности полистирол применяют для изготовления каркасов высокочастотной изоляции, благодаря малому значению угла диэлектрических потерь. Ударопрочный полистирол применяют для изготовления каркасов индуктивности катушек, оснований и изоляторов для изоляции приборов, корпусов радиоприемников, телевизоров.

Задача № 2. (диэлектрический материал)

Рассчитать емкость плоского конденсатора и допустимое пробивное напряжение, где в качестве диэлектрика используется полистирол с геометрическими размерами 0,5х5х5 мм.

Решение:

Емкость плоского конденсатора рассчитывается по формуле: