Зэс: цахилгаан дамжуулах чанар, шинж чанар, онцлог, хэрэглээ

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-17 19:01

Орчин үеийн аж үйлдвэрийн олон салбарт зэс зэрэг материалыг маш өргөн ашигладаг. Энэ металлын цахилгаан дамжуулах чанар маш өндөр байдаг. Энэ нь юуны түрүүнд цахилгааны инженерчлэлд хэрэглэх нь зүйтэй гэдгийг тайлбарлаж байна. Зэс нь маш сайн гүйцэтгэлийн шинж чанартай дамжуулагч хийдэг. Мэдээжийн хэрэг, энэ металлыг зөвхөн цахилгаан инженерчлэлд төдийгүй бусад салбарт ашигладаг. Түүний эрэлт хэрэгцээг бусад зүйлсээс гадна хэд хэдэн түрэмгий орчинд зэврэлтэнд тэсвэртэй, галд тэсвэртэй, уян хатан чанар гэх мэт чанаруудаар тайлбарладаг.

Түүхэн мэдээлэл

Зэс бол эрт дээр үеэс хүмүүсийн мэддэг металл юм. Хүмүүсийн энэ материалтай эрт танилцсан нь юуны түрүүнд байгальд бөөм хэлбэрээр өргөн тархсантай холбоотой юм. Хүчилтөрөгчийн нэгдлээс хүний гаргаж авсан анхны металл бол зэс байсан гэж олон эрдэмтэд үздэг. Нэгэн цагт чулууг зүгээр л гал дээр халааж, огцом хөргөсний үр дүнд тэд маш их хөргөдөг байвхагарсан. Хожим нь зэсийг гаргаж авах ажлыг гал дээр нүүрс нэмж, хөөрөгөөр үлээж эхэлсэн. Энэ аргыг сайжруулснаар эцэст нь босоо амны зуух бий болсон. Бүр сүүлдээ энэ металлыг хүдрийг исэлдүүлэн хайлуулах замаар олж авч эхэлсэн.

Зэс: материалын цахилгаан дамжуулах чанар

Амарч байх үед аливаа металлын бүх чөлөөт электронууд цөмийг тойрон эргэдэг. Гадны нөлөөллийн эх үүсвэр холбогдсон үед тэд тодорхой дарааллаар жагсаж, одоогийн дамжуулагч болдог. Металлын сүүлчийнх нь өөрөө дамжин өнгөрөх чадварыг цахилгаан дамжуулах чанар гэж нэрлэдэг. Олон улсын SI-д түүний хэмжилтийн нэгж нь Siemens бөгөөд 1 см=1 ом-1 гэж тодорхойлогддог.

Зэсийн цахилгаан дамжуулах чанар маш өндөр. Энэ үзүүлэлтээр энэ нь өнөөдөр мэдэгдэж байгаа бүх үндсэн металлуудаас давж гарсан байна. Зөвхөн мөнгө л түүнээс илүү гүйдлийг дамжуулдаг. Зэсийн цахилгаан дамжуулах чанар нь +20 °C температурт 57x104 см-1 байна. Энэ шинж чанараараа энэ металл нь одоогоор үйлдвэрлэлийн болон ахуйн зориулалтаар ашиглагддаг хамгийн түгээмэл дамжуулагч юм.

Зэс нь байнгын цахилгаан ачааллыг төгс тэсвэрлэхээс гадна найдвартай, бат бөх чанараараа ялгагдана. Бусад зүйлсээс гадна энэ металл нь өндөр хайлах цэгээр тодорхойлогддог (1083.4 ° C). Энэ нь эргээд зэсийг халсан төлөвт удаан хугацаагаар ажиллуулах боломжийг олгодог. Одоогийн дамжуулагчийн хувьд тархалтын хувьд зөвхөнхөнгөн цагаан.

Зэсийн цахилгаан дамжуулах чанарт үзүүлэх хольцын нөлөө

Мэдээжийн хэрэг, бидний үед энэ улаан металлыг хайлуулахад эртний үеийнхээс хамаагүй илүү дэвшилтэт техник ашигладаг. Гэсэн хэдий ч өнөөдөр ч бүрэн цэвэр Cu авах бараг боломжгүй юм. Зэсэнд үргэлж олон төрлийн хольц байдаг. Энэ нь жишээлбэл, цахиур, төмөр эсвэл бериллий байж болно. Үүний зэрэгцээ зэс дэх хольц их байх тусам түүний цахилгаан дамжуулах чанар буурдаг. Жишээлбэл, утас үйлдвэрлэхэд зөвхөн хангалттай цэвэр металл тохиромжтой. Журамд заасны дагуу 0.1%-иас ихгүй хольцтой зэсийг энэ зорилгоор ашиглаж болно.

Ихэвчлэн энэ металл нь хүхэр, хүнцэл, сурьмагийн тодорхой хувийг агуулдаг. Эхний бодис нь материалын уян хатан чанарыг ихээхэн бууруулдаг. Зэс ба хүхрийн цахилгаан дамжуулах чанар нь маш өөр юм. Энэ хольц нь гүйдэл огт дамжуулдаггүй. Өөрөөр хэлбэл, энэ нь сайн тусгаарлагч юм. Гэсэн хэдий ч хүхэр нь зэсийн цахилгаан дамжуулах чанарт бараг нөлөөлдөггүй. Дулаан дамжуулалтад мөн адил хамаарна. Сурьма, хүнцэлтэй бол урвуу зураг ажиглагдаж байна. Эдгээр элементүүд нь зэсийн цахилгаан дамжуулах чанарыг эрс бууруулдаг.

Хайлш

Зэс гэх мэт уян хатан материалын бат бөх чанарыг нэмэгдүүлэхийн тулд янз бүрийн төрлийн нэмэлтүүдийг тусгайлан ашиглаж болно. Тэд мөн түүний цахилгаан дамжуулах чанарыг бууруулдаг. Гэхдээ нөгөө талаар тэдгээрийг ашиглах нь янз бүрийн төрлийн бүтээгдэхүүний ашиглалтын хугацааг мэдэгдэхүйц уртасгах боломжтой.

Зэсийн бат бэхийн нэмэлт болгон ихэвчлэн ашигладагCD (0.9%) -ийг ашигладаг. Үр дүн нь кадми хүрэл юм. Түүний дамжуулах чанар нь зэсийнхээс 90% байна. Заримдаа хөнгөн цагааныг кадмигийн оронд нэмэлт болгон ашигладаг. Энэ металлын дамжуулалт нь зэсийн 65% байна. Утасны бат бөх чанарыг нэмэгдүүлэхийн тулд цагаан тугалга, фосфор, хром, бериллий зэрэг бусад материал, бодисуудыг нэмэлт хэлбэрээр ашиглаж болно. Үр дүн нь тодорхой зэрэглэлийн хүрэл юм. Зэс, цайрын хослолыг гууль гэж нэрлэдэг.

Хайлшны үзүүлэлтүүд

Металлын цахилгаан дамжуулах чанар нь зөвхөн тэдгээрийн доторх хольцын хэмжээнээс гадна бусад үзүүлэлтээс хамаарна. Жишээлбэл, халаалтын температур нэмэгдэхийн хэрээр зэсийн гүйдэл өөрөө дамжих чадвар буурдаг. Үүнийг хийх арга нь хүртэл ийм утасны цахилгаан дамжуулах чанарт нөлөөлдөг. Өдөр тутмын амьдрал болон үйлдвэрлэлд зөөлөн зөөлрүүлсэн зэс дамжуулагч ба хатуу татсан дамжуулагчийг хоёуланг нь ашиглаж болно. Эхний сорт нь өөрөө гүйдэл дамжуулах өндөр чадвартай.

Гэхдээ мэдээж хэрэг ашигласан нэмэлтүүд болон тэдгээрийн хэмжээ нь зэсийн цахилгаан дамжуулах чанарт хамгийн ихээр нөлөөлдөг. Доорх хүснэгтэд энэ металлын хамгийн түгээмэл хайлшуудын одоогийн даацын талаарх дэлгэрэнгүй мэдээллийг уншигчдад хүргэж байна.

Зэсийн хайлшийн цахилгаан дамжуулах чанар

Хайлш	Нөхцөл (О-аннеaled, T-хатуу зурсан)	Дамжуулах чадвар (%)
Цэвэр зэс	O	101
	T	98
Цагаан хүрэл (0.75%)	O	55-60
	T	50-55
Кадми хүрэл (0.9%)	O	95
	T	83-90
Хөнгөн цагаан хүрэл (2.5% A1, 2% Sn)	O	15-18
	T	15-18
Фосфор хүрэл (7% Sn, 0.1% Ρ)	O	10-15
	T	10-15

Гулин ба зэсийн цахилгаан дамжуулах чанар нь харьцуулж болно. Гэсэн хэдий ч эхний металлын хувьд энэ үзүүлэлт мэдээжийн хэрэг арай бага байна. Гэхдээ үүнтэй зэрэгцэн хүрэлээс өндөр байдаг. Гуулиныг дамжуулагч болгон өргөн ашигладаг. Энэ нь зэсээс муу гүйдлийг дамжуулдаг боловч үүнтэй зэрэгцэн бага зардалтай байдаг. Ихэнхдээ контактууд, хавчаарууд болон радио төхөөрөмжийн төрөл бүрийн эд ангиудыг гуулинаар хийдэг.

Өндөр эсэргүүцэлтэй зэсийн хайлш

Ийм дамжуулагч материалыг голчлон резистор, реостат, хэмжих хэрэгсэл, цахилгаан халаагуур үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Энэ зорилгоор хамгийн өргөн хэрэглэгддэг зэсийн хайлш нь константан ба манганин юм. Эхнийх нь эсэргүүцэл (86% Cu, 12% Mn, 2% Ni) 0.42-0.48 μOhm/m, хоёр дахь (60% Cu, 40% Ni) 0.48-0.52 μOhm/m.

Итгэлцүүртэй хамааралдулаан дамжуулалт

Зэсийн цахилгаан дамжуулах чанар 59,500,000 С/м. Энэ үзүүлэлт нь аль хэдийн дурьдсанчлан зөв, гэхдээ зөвхөн +20 ^оС температурт байна. Аливаа металлын дулаан дамжилтын илтгэлцүүр болон тусгай дамжуулалтын хооронд тодорхой хамаарал байдаг. Түүний Wiedemann-Franz хуулийг бий болгосон. Үүнийг өндөр температурт металлын хувьд гүйцэтгэдэг бөгөөд дараах томъёогоор илэрхийлнэ: K/γ=π² / 3 (k/e)^{2 T, энд y - дамжуулалт, k - Больцманы тогтмол, e - энгийн цэнэг.}

Мэдээж зэс шиг металлтай үүнтэй төстэй холбоо байдаг. Түүний дулаан дамжуулалт, цахилгаан дамжуулах чанар нь маш өндөр байдаг. Мөнгөний дараа 2-р байранд тэр эдгээр үзүүлэлтүүдийн аль алинд нь оржээ.

Зэс, хөнгөн цагаан утсыг холбох

Сүүлийн үед илүү өндөр хүчин чадалтай цахилгаан төхөөрөмжийг өдөр тутмын амьдрал, үйлдвэрлэлд ашиглаж эхэлсэн. ЗХУ-ын үед утсыг ихэвчлэн хямд хөнгөн цагаанаар хийдэг байв. Харамсалтай нь түүний үйл ажиллагааны шинж чанар нь шинэ шаардлагад нийцэхгүй болсон. Тиймээс өнөөдөр өдөр тутмын амьдрал, үйлдвэрлэлд хөнгөн цагаан утсыг ихэвчлэн зэс болгон өөрчилдөг. Сүүлчийн гол давуу тал нь галд тэсвэртэй байхаас гадна исэлдүүлэх процессын үед дамжуулах шинж чанар нь буурахгүй байх явдал юм.

Цахилгаан сүлжээг шинэчлэх үед ихэвчлэн хөнгөн цагаан, зэс утсыг холбох шаардлагатай болдог. Та үүнийг шууд хийх боломжгүй. Үнэн хэрэгтээ хөнгөн цагаан ба зэсийн цахилгаан дамжуулах чанар нь тийм ч их ялгаатай биш юм. Гэхдээ зөвхөн өөрсдөөэдгээр металлууд. Хөнгөн цагаан ба зэсийн исэлдэлтийн хальс нь өөр өөр шинж чанартай байдаг. Үүнээс болж уулзвар дахь цахилгаан дамжуулах чанар мэдэгдэхүйц буурдаг. Хөнгөн цагааны исэлдэлтийн хальс нь зэсээс хамаагүй илүү тэсвэртэй байдаг. Тиймээс эдгээр хоёр төрлийн дамжуулагчийн холболтыг зөвхөн тусгай адаптераар дамжуулан хийх ёстой. Эдгээр нь жишээлбэл, металыг исэлдүүлэхээс хамгаалдаг зуурмаг агуулсан хавчаарууд байж болно. Адаптеруудын энэ хувилбарыг гудамжинд утас холбоход ихэвчлэн ашигладаг. Салбарын хавчаарыг ихэвчлэн дотор нь ашигладаг. Тэдний дизайн нь хөнгөн цагаан ба зэсийн шууд холбоог оруулаагүй тусгай хавтанг агуулдаг. Дотоод орчинд ийм дамжуулагч байхгүй тохиолдолд утсыг шууд мушгихын оронд угаагч, самарыг завсрын "гүүр" болгон ашиглахыг зөвлөж байна.

Физик шинж чанар

Тиймээс бид зэс ямар цахилгаан дамжуулах чадвартай болохыг олж мэдсэн. Энэ үзүүлэлт нь энэ металлыг бүрдүүлдэг хольцоос хамаарч өөр өөр байж болно. Гэсэн хэдий ч үйлдвэрлэлийн зэсийн хэрэгцээ нь түүний бусад ашигтай физик шинж чанараар тодорхойлогддог бөгөөд үүнийг доорх хүснэгтээс харж болно.

Cu-ийн физик шинж чанар

Параметр	Утга
Сүлжээ	FCC, a=3.6074 Å
Атомын радиус	1, 28 Å
Хувийн дулаан багтаамж	385, 48 Ж/(кг К) -д +20 оС
Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр	394, 279 Вт/(м К) үед +20 oC
Цахилгаан эсэргүүцэл	1, 68 10-8 Ом м
Шугаман тэлэлтийн коэффициент	17, 0 10-6
Хатуулаг	350мн/м2
Суналтын бат бэх	220мн/м2

Химийн шинж чанар

Эдгээр шинж чанаруудын дагуу цахилгаан болон дулаан дамжуулалт нь маш өндөр зэс нь үелэх системийн 8-р бүлгийн эхний гурвалын элементүүд болон эхний бүлгийн шүлтлэг элементүүдийн хооронд завсрын байрлалыг эзэлдэг. Түүний үндсэн химийн шинж чанарууд нь:

• цогцолбор үүсэх хандлага;
• өнгөт нэгдлүүд болон уусдаггүй сульфид үүсгэх чадвар.

Зэсийн хамгийн онцлог нь хоёр валент төлөв юм. Энэ нь шүлтлэг металлтай бараг ижил төстэй байдаггүй. Түүний химийн идэвхжил ч бага байдаг. CO_{2 буюу чийг байгаа тохиолдолд зэсийн гадаргуу дээр ногоон карбонат хальс үүснэ. Бүх зэсийн давс нь хортой байдаг. Моно ба хоёр валент төлөвт энэ металл нь маш тогтвортой цогц нэгдлүүдийг үүсгэдэг. Аж үйлдвэрийн хувьд хамгийн чухал нь аммиак юм.}

Ашиглах хэсэг

Зэсийн дулаан ба цахилгаан дамжуулалт өндөр байгаа нь түүнийг төрөл бүрийн үйлдвэрүүдэд өргөнөөр ашиглахыг тодорхойлдог. Мэдээжийн хэрэг, энэ металлыг ихэвчлэн цахилгаан инженерчлэлд ашигладаг. Гэсэн хэдий ч энэ нь түүний хэрэглээний цорын ганц талбараас хол байна. Бусад зүйлсийн дотор зэсийг ашиглаж болно:

• үнэт эдлэлд;
• архитектурт;
• сантехник, халаалтын системийг угсрах үед;
• хий дамжуулах хоолойд.

Төрөл бүрийн үнэт эдлэл үйлдвэрлэхэд голчлон зэс, алтны хайлшийг ашигладаг. Энэ нь үнэт эдлэлийн хэв гажилт, элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог. Архитектурт зэсийг дээвэр, фасадны өнгөлгөө хийхэд ашиглаж болно. Энэхүү өнгөлгөөний гол давуу тал нь бат бөх чанар юм. Жишээлбэл, алдартай архитектурын дурсгалт газар болох Германы Хилдешхайм дахь Католик сүмийн дээврийг энэ металлаар бүрсэн байна. Энэхүү барилгын зэс дээвэр нь бараг 700 жилийн турш дотоод орон зайгаа хамгаалж ирсэн.

Инженерийн харилцаа холбоо

Зэсийн сантехникийн гол давуу тал нь мөн эдэлгээ, найдвартай байдал юм. Нэмж дурдахад энэ металл нь усыг онцгой өвөрмөц шинж чанартай болгож, биед ашигтай болгодог. Хий дамжуулах хоолой, халаалтын системийг угсрахдаа зэс хоолой нь голчлон зэврэлтэнд тэсвэртэй, уян хатан чанараараа хамгийн тохиромжтой байдаг. Яаралтай өсөлтийн үеддаралттай ийм шугамууд нь гангаас хамаагүй их ачааллыг тэсвэрлэх чадвартай. Зэс хоолойн цорын ганц сул тал бол өндөр өртөгтэй.