Жез: электр өткөргүчтүк, касиеттери, өзгөчөлүктөрү жана колдонмолору

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-17 18:59

Заманбап өнөр жайдын көптөгөн тармактарында жез сыяктуу материал абдан кеңири колдонулат. Бул металлдын электр өткөрүмдүүлүгү өтө жогору. Бул аны биринчи кезекте электротехникада колдонуунун максатка ылайыктуулугун түшүндүрөт. Copper мыкты аткаруу мүнөздөмөлөрү менен өткөргүчтөрдү түзөт. Албетте, бул металл электротехникада гана эмес, башка тармактарда да колдонулат. Анын суроо-талаптары, башка нерселер менен катар, анын бир катар агрессивдүү чөйрөлөрдөгү коррозияга каршы туруштук берүүсү, отко чыдамдуулук, пластикалык ж.б. сыяктуу сапаттары менен түшүндүрүлөт.

Тарыхый маалымат

Жез – адамга байыркы замандан бери белгилүү металл. Бул материал менен адамдардын эрте таанышуусу, биринчи кезекте, анын табиятта нуклет түрүндө кеңири таралышы менен түшүндүрүлөт. Көптөгөн окумуштуулар бул кычкылтек кошулмаларынан адам тарабынан алынган биринчи металл жез болгон деп эсептешет. Бир жолу, тектер жөн эле отко ысытылып, кескин муздаган, натыйжада аларсынган. Кийинчерээк жезди алуу отко көмүр кошуп, көөрүгү менен үйлө баштаган. Бул ыкманы өркүндөтүү акыры валдык мештин түзүлүшүнө алып келди. Ал тургай кийинчерээк бул металл рудаларды кычкылдандырып эритүү жолу менен алына баштаган.

Жез: материалдын электр өткөргүчтүгү

Тынчтыкта каалаган металлдын бардык эркин электрондору ядронун айланасында айланат. Тышкы таасир булагы кошулганда алар белгилүү бир ырааттуулукта тизилип, ток алып жүрүүчүлөргө айланат. Металлдын акыркыны өзүнөн өткөрүү жөндөмдүүлүгүнүн даражасы электр өткөрүмдүүлүк деп аталат. Эл аралык СИде анын өлчөө бирдиги Siemens болуп саналат, 1 см=1 Ом-1 катары аныкталган.

Жездин электр өткөрүмдүүлүгү өтө жогору. Бул көрсөткүч боюнча ал бүгүнкү күндө белгилүү болгон бардык негизги металлдардан ашып кетет. Ага караганда күмүш гана ток өткөрөт. Жездин электр өткөрүмдүүлүгү +20 °C температурада 57x104 см-1. Бул касиетинен улам бул металл учурда өнөр жай жана тиричилик максаттарында колдонулган эң кеңири таралган өткөргүч болуп саналат.

Жез туруктуу электр жүктөмүнө эң сонун туруштук берет жана ошондой эле ишенимдүүлүгү жана бышыктыгы менен айырмаланат. Башка нерселер менен катар, бул металл жогорку эрүү температурасы (1083,4 ° C) менен мүнөздөлөт. Ал эми бул, өз кезегинде, жез ысытылган абалда узак убакыт бою иштөөгө мүмкүндүк берет. Учурдагы өткөргүч катары таралышы боюнча, бир ганаалюминий.

Кошпалардын жездин электр өткөрүмдүүлүгүнө тийгизген таасири

Албетте, биздин доордо бул кызыл металлды эритүү үчүн байыркы мезгилдерге караганда алда канча алдыңкы ыкмалар колдонулат. Бирок, бүгүнкү күндө да толугу менен таза Cu алуу дээрлик мүмкүн эмес. Жездин курамында ар кандай аралашмалар дайыма болот. Бул, мисалы, кремний, темир же бериллий болушу мүмкүн. Ошол эле учурда, жездеги аралашмалар канчалык көп болсо, анын электр өткөрүмдүүлүгү ошончолук төмөн болот. Зымдарды өндүрүү үчүн, мисалы, жетиштүү таза металл гана ылайыктуу. Регламентке ылайык, бул максатта 0,1% ашпаган аралашмалары бар жез колдонулушу мүмкүн.

Көбүнчө бул металлдын курамында күкүрт, мышьяк жана сурьманын белгилүү бир пайызы болот. Биринчи зат материалдын пластикасын бир кыйла азайтат. Жез менен күкүрттүн электр өткөрүмдүүлүктөрү такыр башкача. Бул ыпластык ток өткөрбөйт. Башкача айтканда, бул жакшы изолятор болуп саналат. Бирок күкүрт жездин электр өткөрүмдүүлүгүнө дээрлик эч кандай таасир этпейт. Ошол эле жылуулук өткөрүмдүүлүккө тиешелүү. Сурьма жана мышьяк менен тескери көрүнүш байкалат. Бул элементтер жездин электр өткөрүмдүүлүгүн бир топ төмөндөтүшү мүмкүн.

Эритмелер

Кошумчалардын ар кандай түрлөрүн жез сыяктуу ийкемдүү материалдын бекемдигин жогорулатуу үчүн атайын колдонсо болот. Алар ошондой эле анын электр өткөрүмдүүлүгүн азайтат. Бирок, экинчи жагынан, аларды колдонуу ар кандай буюмдардын кызмат мөөнөтүн кыйла узарта алат.

Көбүнчө жезди бекемдөөчү кошумча катары колдонулатCD (0,9%) колдонулат. Натыйжада кадмий коло болуп саналат. Анын өткөргүчтүгү жездикинен 90% түзөт. Кээде алюминий кадмийдин ордуна кошумча катары да колдонулат. Бул металлдын өткөргүчтүгү жездикинен 65% түзөт. Калай, фосфор, хром, бериллий сыяктуу башка материалдар жана заттар да зымдардын бекемдигин жогорулатуу үчүн кошумча катары колдонулушу мүмкүн. Натыйжада белгилүү бир класстын коло болуп саналат. Жез менен цинктин айкалышы жез деп аталат.

Эритме спецификациялары

Металлдардын электр өткөргүчтүгү алардагы аралашмалардын санына гана эмес, башка көрсөткүчтөрдөн да көз каранды болот. Мисалы, ысытуу температурасы жогорулаган сайын жездин өзүнөн ток өткөрүү жөндөмдүүлүгү төмөндөйт. Жадакалса жасалган жол да мындай зымдын электр өткөрүмдүүлүгүнө таасир этет. Күнүмдүк турмушта жана өндүрүштө жумшак күйдүрүлгөн жез өткөргүчтөр да, катуу тартылган өткөргүчтөр да колдонулушу мүмкүн. Биринчи сорттогу токту өзүнөн өткөрүү жөндөмдүүлүгү жогору.

Бирок, албетте, колдонулган кошумчалар жана алардын өлчөмү жездин электр өткөрүмдүүлүгүнө баарынан да таасир этет. Төмөнкү таблица окурманга бул металлдын эң кеңири таралган эритмелеринин учурдагы өткөрүү жөндөмдүүлүгү жөнүндө толук маалыматты берет.

Жез эритмелеринин электр өткөргүчтүгү

Эритме	Абал (О-тазаланган, T-катуу тартылган)	Өткөргүчтүк (%)
Таза жез	O	101
	T	98
Калай коло (0,75 %)	O	55-60
	T	50-55
Кадмий коло (0,9%)	O	95
	T	83-90
Алюминий коло (2,5% A1, 2% Sn)	O	15-18
	T	15-18
Фосфор коло (7% Sn, 0,1% Ρ)	O	10-15
	T	10-15

Лунт менен жездин электр өткөрүмдүүлүгү салыштырмалуу. Бирок, биринчи металл үчүн, бул көрсөткүч, албетте, бир аз төмөн. Бирок ошол эле учурда кололорго караганда жогору. Жез дирижер катары кеңири колдонулат. Ал токту жезден да начар өткөрөт, бирок ошол эле учурда анын баасы аз. Көбүнчө байланыштар, кыскычтар жана радиоаппаратуранын ар кандай бөлүктөрү жезден жасалат.

Жогорку туруктуу жез эритмелери

Мындай өткөргүч материалдар негизинен резисторлорду, реостаттарды, өлчөө приборлорун жана электр жылытуу приборлорун жасоодо колдонулат. Бул максатта эң көп колдонулган жез эритмелери константан жана манганин болуп саналат. Биринчисинин каршылыгы (86% Cu, 12% Mn, 2% Ni) 0,42-0,48 мкОм/м, ал эми экинчисинин (60% Cu, 40% Ni) 0,48-0,52 мкОм/м.

Коэффицент менен байланышжылуулук өткөрүмдүүлүк

Жездин электр өткөргүчтүгү 59500000 С/м. Бул көрсөткүч, мурда айтылгандай, туура, бирок +20 ^оС температурада гана. Кандайдыр бир металлдын жылуулук өткөрүмдүүлүгү менен салыштырма өткөрүмдүүлүктүн ортосунда белгилүү бир байланыш бар. Анын Видеман-Франц мыйзамын негиздейт. Ал жогорку температурада металлдар үчүн аткарылат жана төмөнкү формула менен туюнтулат: K/γ=π² / 3 (k/e)^{2 T, мында y - өткөргүчтүк, k - Больцман туруктуулугу, e - элементардык заряд.}

Албетте, жез сыяктуу металл менен окшош байланыш бар. Анын жылуулук өткөргүчтүгү жана электр өткөргүчтүгү өтө жогору. Күмүштөн кийинки экинчи орунда ал бул эки көрсөткүчтө тең.

Жез жана алюминий зымдарын туташтыруу

Акыркы убакта электр жабдуулары күнүмдүк турмушта жана өндүрүштө колдонула баштады. Совет мезгилинде электр зымдары негизинен арзан алюминийден жасалган. Тилекке каршы, анын эксплуатациялык мүнөздөмөлөрү жаңы талаптарга жооп бербей калды. Ошондуктан, бүгүнкү күндө күнүмдүк турмушта жана өнөр жайда, абдан көп алюминий зымдары жез өзгөртүлгөн. Акыркысынын негизги артыкчылыгы отко чыдамдуулугунан тышкары кычкылдануу процессинде алардын өткөргүч касиеттери төмөндөбөйт.

Электр тармактарын жаңыртууда көбүнчө алюминий жана жез зымдарын туташтыруу керек. Муну түз кыла албайсыз. Чынында, алюминий менен жездин электр өткөрүмдүүлүгү өтө эле айырмаланбайт. Бирок өз алдынча ганабул металлдар. Алюминий менен жездин кычкылдануу пленкасы ар кандай касиеттерге ээ. Ушундан улам, түйүнүндөгү өткөргүчтүк кыйла төмөндөйт. Алюминийдин кычкылдануу пленкасы жезге караганда алда канча туруктуу. Ошондуктан, өткөргүчтөрдүн бул эки түрүн туташтыруу атайын адаптер аркылуу гана жүргүзүлүшү керек. Бул, мисалы, металлдарды кычкылдын пайда болушунан коргой турган паста бар кыскычтар болушу мүмкүн. Адаптерлердин бул версиясы көбүнчө көчөдө зымдарды туташтырууда колдонулат. Бутактуу кыскычтар көбүнчө имараттын ичинде колдонулат. Алардын дизайны алюминий менен жездин ортосундагы түз байланышты жокко чыгарган атайын плитаны камтыйт. Турмуш-тиричилик шартында мындай өткөргүчтөр жок болгон учурда, зымдарды түз бурмалоонун ордуна, аралык "көпүрө" катары шайба менен гайканы колдонуу сунушталат.

Физикалык касиеттери

Ошентип, биз жездин кандай электр өткөрүмдүүлүккө ээ экенин билдик. Бул көрсөткүч бул металлды түзгөн аралашмаларга жараша өзгөрүшү мүмкүн. Бирок, өнөр жайда жезге болгон суроо-талап анын башка пайдалуу физикалык касиеттери менен да аныкталат, аларды төмөнкү таблицадан алууга болот.

Cu'нун физикалык мүнөздөмөлөрү

Параметр	Мааниси
Тор	FCC, a=3,6074 Å
Атомдук радиус	1, 28 Å
Өзгөчө жылуулук сыйымдуулугу	385, 48 Дж/(кг К) +20да оС
Жылуулук өткөргүчтүк	394, 279 Вт/(м К) +20да oC
Электрдик каршылык	1, 68 10-8 Ом m
Сызыктуу кеңейүү коэффициенти	17, 0 10-6
Катуулугу	350 Мн/м2
Созууга күч	220 Мн/м2

Химиялык касиеттери

Бул мүнөздөмөлөргө ылайык электр жана жылуулук өткөрүмдүүлүк өтө жогору болгон жез мезгилдик системанын сегизинчи топтун биринчи үчилтигинин элементтери менен биринчи топтун щелочтуу элементтеринин ортосунда аралык позицияны ээлейт. Анын негизги химиялык касиеттери төмөнкүлөрдү камтыйт:

• комплекстүү түзүүгө тенденция;
• түстүү кошулмаларды жана эрибеген сульфиддерди өндүрүү жөндөмдүүлүгү.

Жездин эң өзгөчөлүгү – эки валенттүү абалы. Ал щелочтуу металлдар менен дээрлик эч кандай окшоштуктары жок. Анын химиялык активдүүлүгү да төмөн. CO_{2 же ным болгон учурда жез бетинде жашыл карбонат пленкасы пайда болот. Бардык жез туздары уулуу. Моно жана эки валенттүү абалда бул металл өтө туруктуу комплекстүү бирикмелерди түзөт. Өнөр жай үчүн эң маанилүүсү аммиак.}

Колдонуу аймагы

Жездин жогорку жылуулук жана электр өткөргүчтүгү анын өнөр жайдын түрдүү тармактарында кеңири колдонулушун аныктайт. Албетте, көбүнчө бул металл электротехникада колдонулат. Бирок, бул анын колдонуунун жалгыз чөйрөсүнөн алыс. Башка нерселер менен катар, жез колдонулушу мүмкүн:

• зергерчиликте;
• архитектурада;
• сантехникалык жана жылытуу системаларын куроодо;
• газ түтүктөрүндө.

Ар кандай зергер буюмдарын жасоо үчүн негизинен жез менен алтындын эритмеси колдонулат. Бул зер буюмдардын деформацияга жана сүрүлүүгө туруктуулугун жогорулатууга мүмкүндүк берет. Архитектурада жез чатырларды жана фасаддарды каптоо үчүн колдонулушу мүмкүн. Бул жабуунун негизги артыкчылыгы - бышык. Мисалы, белгилүү архитектуралык эстеликтин - Германиянын Хильдесхайм шаарындагы католик чиркөөсүнүн чатыры ушул өзгөчө металлдын барактары менен капталган. Бул имараттын жез чатыры дээрлик 700 жылдан бери өзүнүн ички мейкиндигин коргоп келет.

Инженердик коммуникациялар

Жез сантехниканын негизги артыкчылыктары да бышык жана ишенимдүүлүк. Мындан тышкары, бул металл сууга өзгөчө уникалдуу касиеттерди бере алат, бул организм үчүн пайдалуу. Газ түтүктөрүн жана жылытуу системаларын монтаждоо үчүн жез түтүктөр да идеалдуу болуп саналат - негизинен, алардын коррозияга туруктуулугуна жана ийкемдүүлүгүнө байланыштуу. Өзгөчө кырдаалда көтөрүлөтбасым мындай линиялар болоттон алда канча көп жүк туруштук бере алат. Жез түтүктөрдүн бирден-бир кемчилиги анын кымбаттыгы.