Материалы высокой проводимости (медь, алюминий, железо)

К материалам этого типа предъявляются следующие требования: минимальное значение удельного электрического сопротивления; достаточно высокие механические свойства (главным образом предел прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве); способность легко обрабатываться, что необходимо для изготовления проводов малых и средних сечений; способность образовывать контакты с малым переходным сопротивлением при пайке, сварке и других методах соединения проводов; коррозионная стойкость.

Медь

Достоинства меди:

1. Малое удельное сопротивление (меньше только у серебра).

2. Достаточно высокая механическая прочность (по сравнению с Aℓ).

3. Стойкость к коррозии (по сравнению с Fe).

4. Хорошо обрабатывает (получают тонкую проволоку и лист).

5. Легко паяется и сваривается.

Недостатки меди:

1. Она редка, поэтому дорога.

2. В ряде случаев недостаточная механическая прочность.

3. Окисляется на воздухе (медные провода на воздухе в условиях близости моря подвергается усиленной коррозии за счёт действия содержащихся в воздухе солей).

Алюминий

Алюминий является вторым по значению (после меди) проводниковым материалом.

Достоинства алюминия:

1. Алюминий в 3,5 раза легче меди. Если из алюминия и меди сделать провода равного сопротивления, то провод из Al хоть и будет иметь сечение в 1,63 раза больше, но всё равно будет в 2 раза легче медного.

2. Широко распространён в природе (его содержание в земной коре не меньше 7,5%).

3. Алюминий покрыт тонкой оксидной плёнкой, которая предохраняет его от дальнейшей коррозии (на него не действует водяной пар, пресная и морская вода).

4. Алюминий хорошо обрабатывается, из него можно получать тонкую фольгу (6÷7 мкм).

Недостатки алюминия:

1. Алюминий имеет низкую механическую прочность (тонкую проволоку из него получить не удаётся).

2. Из-за плотной оксидной плёнки алюминий не паяется обычным способом, для этого нужны специальные припои и ультразвуковые паяльники.

3. Удельное сопротивление алюминия в 1,63 раза больше, чем у меди.

4. В месте контакта Al с другими металлами возникает большое переходное сопротивление и идёт усиленная коррозия, так как возникает гальваническая пара. Электрохимическая коррозия усиливается в присутствии влаги.

Алюминий применяется в следующих изделиях:

− провода ЛЭП (алюминиевые и сталеалюминевые, где механическую нагрузку несёт сталь);

− жилы кабеля;

− оболочки кабеля для замены свинца (защита от влаги);

− обкладки конденсаторов;

− обмотки некоторых трансформаторов и т.д.

Железо (сталь)

Как наиболее дешевый и доступный металл, обладающий высокой механической прочность, представляет большой интерес для использования в качестве проводникового материала.

Достоинства железа:

1. Дешевый и широко распространён.

2. Высокая механическая прочность.

3. Неплохо паяется (хуже меди, но лучше, чем алюминий).

Недостатки железа:

1. Удельное сопротивление в 6-7 раз больше меди.

2. При переменном токе возникает поверхностный эффект, использует лишь часть сечения, поэтому увеличивается сопротивление.

3. При переменном токе возникают потери на гистерезис.

4. Имеют малую стойкость к коррозии, особенно в условиях повышенной влажности (для защиты покрывают цинком).

Железо нашло применение:

− провода ЛЭП на низком напряжении (ток мал, сечение определяется механической прочностью);

− рельсы трамваев, железных дорог, метро;