К важнейшим характеристикам металлов относится их электрическая проводимость. Способность металлопроката проводить ток обуславливается электронным строением атомов элементов и температурными условиями эксплуатации. В зависимости от показателей проводимости тока различается и сфера применения конкретного вида металла.
Свойство материала противостоять прохождению сквозь него тока выражается в величине электрического сопротивления. Зависит оно от показателя удельного сопротивления металла. Параметр возрастает по мере увеличения температуры, что обуславливает интенсивное колебание атомов внутри кристаллической решетки и затрудняет тем самым движение заряда тока.
Обратной сопротивлению выступает величина удельной проводимости, характеризующая способность атомов пропускать заряженные частицы тока. Проводимость тока металлов обуславливается наличием в их атомах валентных электронов – свободных и подвижных частиц, расположенных на внешнем слое оболочки. Чем больше свободных электронов у металла, тем лучше его проводимость.
По характеристикам электропроводности металлы разделены на группы:
В применении металлопроката учитывается зависимость проводимости металлов от температуры. При нагревании проводника колебания атомов возрастают, что снижает электропроводность вещества. В полупроводниках и диэлектриках рост температуры приводит к увеличению числа заряженных частиц и пустых пространств, что отражается на повышении показателя проводимости. Изменение свойств металлов в зависимости от температуры отражает температурный коэффициент электросопротивления.
Таблица удельных сопротивлений и проводимости металлов и сплавов
Разновидность металла |
Показатель удельного сопротивления, (Ом*мм2/2), t=20 С |
Показатель удельной электропроводности, (См*м), t=20 С |
Температурный коэффициент сопротивления α, (1/°С)*10-3 |
Железо |
0,098 |
9,93*106 |
6 |
Сталь |
0,103-0,137 |
1,36*106 |
1-4 |
Медь |
0,016 |
58*106 |
4,3 |
Алюминий |
0,028 |
37,7*106 |
4,2 |
Никель |
0,087 |
1,43*107 |
6,5 |
Олово |
0,121 |
9,11*106 |
4,4 |
Цинк |
0,059 |
1,69*107 |
4,2 |
Молибден |
0,054 |
18,7*106 |
4,5 |
Титан |
0,417 |
2,38*106 |
3,5 |
Литий |
0,928 |
1,08*107 |
4,5 |
Свинец |
0,192 |
4,55*106 |
3,8 |
Вольфрам |
0,053 |
19*106 |
5 |
Золото |
0,023 |
45,2*106 |
4 |
Серебро |
0,016 |
62*106 |
4,1 |
Платина |
0,107 |
9,43*106 |
3,9 |
Висмут |
1,2 |
0,77*106 |
4,5 |
Иридий |
0,047 |
21,2*106 |
4,1 |
Латунь |
0,029 |
15,5*106 |
0,2 |
Ртуть |
0,940 |
1,03*106 |
1,0 |
Натрий |
0,047 |
20,9*106 |
5,4 |
Магний |
0,045 |
22,8*106 |
3,9 |
Чугун |
0,5-1,0 |
1,5-4,0*107 |
0,001 |
Хромель (сплав хром и никеля) |
1,01 |
3,2*108 |
0,0001 |
Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца) |
1,1 |
9,9*106 |
0,00016 |
Манганин (сплав меди марганца и никеля) |
0,5 |
2,06*106 |
0,00005 |
Константин (сплав никеля, меди, марганца) |
0,49 |
2,04*106 |
0,000005 |
Фехраль |
1,2-1,3 |
0,83*106 |
0,0008 |
Свойства проводников обладают первостепенным значением в электронной технике. Металлы широко применяются в изготовлении деталей приборов, служат покрытиями для диэлектриков и присадками в припоях. Элементы с высокой электропроводностью используются в производстве контактного оборудования – рубильников, реле, электрических выключателей. Отдельные виды металлов выступают компонентами красок и клеевых составов, обеспечивая их проводимость тока.
К востребованным в производстве электрических кабелей металлам относятся медь и алюминий. Они характеризуются прочностью, малым весом, простотой литья и обработки. Но для длительной эксплуатации лучшим вариантом признаны медные провода.
Это обуславливается следующими факторами:
Кабели, изготовленные из меди, лучше пропускают электричество. Особенностью выступает независимость характеристик металла от температуры. Но цена медных комплектующих выше, что объясняет распространенность алюминиевых аналогов.
Стандартные значения величин удельного сопротивления рассчитываются для средней комнатной температуры в 20 градусов Цельсия. Однако специфика приборостроения и точной электроники требует применения резистивных материалов, характеризующихся высоким стабильным сопротивлением вне зависимости от температурных изменений. К ним относятся твердые сплавы манганин, фехраль, нихром, константин, хромель. Свойства резистивных материалов позволяют использовать их в изготовлении проволочных резисторов и электронагревательных деталей.