МАТЕРИАЛЫ С ВЫСОКИМ УДЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ

К материалам данной группы относятся сплавы на ос­нове меди — манганин, константан; на основе тройных сплавов Fe-Cr-Ac — фехраль и хромаль, Ni-Cr-Fe — них­ром и др. Они предназначены для изготовления резисто­ров, электронагревательных приборов, нитей ламп нака­ливания и т.д.

Основными параметрами этих материалов являются удельное сопротивление и его температурный коэффици­ент, а также предельная температура (Т_пред), при которой электронагревательный элемент может длительно рабо­тать на воздухе без изменения своих свойств. Количествен­ные параметры наиболее употребляемых материалов при­ведены в табл. 2.2.

Манганин выпускается в виде проволоки диаметром от 0,02 до 1 мм и применяется для изготовления проволоч­ных сопротивлений и в электроизмерительной технике. Достоинство его — слабая зависимость сопротивления от температуры, что необходимо для обеспечения постоянства сопротивления в электроизмерительных устройствах. Кро­ме того, манганин имеет малое значение термо-ЭДС в кон­такте с медью, благодаря чему снижается погрешность при точных измерениях. Манганиновая проволока выпускает­ся также с эмалевой и шелковой изоляцией и применяет­ся для изготовления образцовых сопротивлений.

Константин обладает весьма малой величиной темпе­ратурного коэффициента сопротивления, часто принимае­мой равной нулю. Однако в паре с медью он создает боль­шую термо-ЭДС, что не позволяет использовать его для точных сопротивлений и электроизмерительных приборов. Константановая проволока используется для изготовления реостатов и термопар. Образование на поверхности прово­локи под действием температуры сплошной оксидной плен­ки позволяет применять ее в качестве естественной изоля­ции между витками в реостатах.

Константановая проволока выпускается также с эмале­вой, эмалево-шелковой и эмалево-хлопчатобумажной изо­ляцией.

Нихром и фехраль — жаростойкие материалы, приме­няемые в электронагревательных приборах и печах, где необходима длительная работа при температурах от 800 до 1200 °С, что обеспечивается стойкостью к окислению

при высоких температурах. В процессе работы на поверх­ности проволоки или ленты образуется плотная защитная оксидная пленка, предохраняющая материал от дальней­шего окисления и разрушения. Для повышения длитель­ности работы электронагревательных элементов жаростой­кий материал помещают в трубку из металла, стойкого к окислению, и заполняют промежуток между проволокой и трубкой диэлектриком с высокой теплопроводностью (MgO). За счет дополнительной протяжки трубки ее внеш­ний диаметр уменьшается, а диэлектрик уплотняется, об­разуя прочную изоляцию проводника высокого сопротив­ления. Таким методом изготавливают теплонагревательные элементы печей, элементы бытовых приборов (утю­гов, кипятильников).

Недостатком рассматриваемых материалов является повышенная хрупкость и твердость, зависящая от процен­тного содержания хрома и железа. Поэтому проволоку ди­аметром от 0,01 до 0,2 мм изготавливают из сплава с содержанием хрома менее 20 %, проволоку диаметром больше 0,2 мм и ленты толщиной более 0,2 мм — из нихро­мов других марок или из фехралей. Проволоку и ленты больших сечений используют в электронагревательных устройствах большой мощности и промышленных элект­ронагревательных печах.

Контрольные вопросы и задания

|

1. Дайте определение понятия «электротехнические материа­лы».

2. Каков характер энергетического спектра электронов в твер­дых телах?

3. Почему при анализе свойств веществ рассматривается не весь энергетически спектр электронов в твердом теле, а только его часть?

4. Нарисуйте энергетические диаграммы основных классов ма­териалов.

5. На какие классы делятся материалы по отношению к элект­ромагнитному полю?

6. В чем отличие энергетических диаграмм проводников, полу­проводников и диэлектриков?

7. Перечислите и охарактеризуйте основные свойства кристал­лов.

8. В чем различия между монокристаллическими, поликрис­таллическими и аморфными веществами?

9. Что такое пространственная кристаллическая решетка и кристаллическая структура?

10. Перечислите существующие типы элементарных ячеек пространственных решеток. Как они обозначаются?

11. В чем особенность кристаллографической индексации узлов, рядов, направлений и плоскостей?

12. Какие существуют дефекты кристаллических структур и на что они влияют?

13. Дайте определение термина «проводник».

14. Что является количественной мерой электропроводности и какой параметр для ее характеристики используется в инженер­ной практике?

15. Запишите и поясните формулу для расчета температурного коэффициента удельного сопротивления.4. Запишите и поясните формулу для расчета температурного коэффициента линейного расширения.

16. Что такое работа выхода и как она отображается на энерге­тической диаграмме проводника?

17. В чем заключается явление сверхпроводимости?

18. Какие носители заряда обеспечивают протекание тока в сверх­проводниках?

19. Какие возможны способы управления протеканием тока в сверхпроводниках?

20. Каковы перспективные направления использования явления сверхпроводимости в технических изделиях, приборах и устрой­ствах?

21. Перечислите проводниковые материалы с высокой удель­ной проводимостью.

22. Каков порядок величины удельной проводимости меди, алю­миния, серебра?

23. Перечислите проводниковые материалы с высоким удель­ным сопротивлением.

24. Какие существуют марки припоев и при каких температу­рах производится пайка?

25. Что такое термопара? Перечислите наиболее известные ма­териалы для термопар.

26. Перечислите количественные параметры, отражающие ос­новные электрофизические свойства проводников.

27. Перечислите проводниковые материалы, применяемые для изготовления постоянных резисторов.

28. Что такое наборы резисторов и как они подразделяются по схемотехническому строению?

29. Как делятся резисторы по типу материала токопроводяще-го элемента и конструктивному исполнению?