Материал: Учебное пособие ЭТМ

цинк входит в состав многих электрических батареек и аккуму-

ляторов (Ni − Zn, Pb − Zn, Ag − Zn и др.);

оксид цинка входит в состав многих широко распространенных ферритов (марганец − цинковых, никель − цинковых и др.)

Ртуть. В таблице Д. И. Менделеева ртуть (Hg) находится под № 80 в II группе. В Земной коре порядка 2·10- 6 % ртути. Этот металл редко встречается в виде жидких капель, а чаще — в виде минерала «киноварь» (HgS). Ртуть из киновари получают окислением при тем-

Крупнейшие месторождения ртути находятся в Испании и Югославии. На территории бывшего СССР богатое по запасам месторождение имеется в Узбекистане в Ферганской долине. В России известны 23 месторождения ртути.

Физические свойства: температура плавления − 39 ° С (точное значение − 38,8 ° С при 760 мм рт. ст.), плотность при 20 ° С равна 13,55 г/см3 (плотность ртути больше, чем плотность свинца), температура испарения ртути 357 ° С. Этот металл и его пары очень ядовиты. По классу опасности ртуть относится к первому классу («чрезвычайно опасное химическое вещество»).

Удельное электрическое сопротивление ртути при 20 ° С равно

96·10- 8 Ом·м.

Ртуть была первым материалом, у которого была обнаружена в 1911 году сверхпроводимость с Тс равной 4,2 К.

Ртуть химически достаточно агрессивна, взаимодействует со многими металлами, образуя амальгамы (раствор металла в ртути).

Применение ртути:

подвижные электрические контакты; термоэлектрические контакты, принцип работы которых осно-

ван на расширении ртути; в качестве электрода (катод) при электролизе натрия; ртутные выпрямители; сверхпроводники;

153

пары ртути применяются в ртутно-кварцевых и люминесцентных лампах (при разряде появляется УФ излучение);

высоковакуумные диффузионные насосы, обеспечивающие вакуум порядка 10- 4 – 10 - 5 мм рт. ст. В этих насосах ртуть нагревается и, испаряясь, увлекает за собой молекулы воздуха. Затем ртуть охлаждается и процесс повторяется многократно;

ртуть используется для добычи золота (амальгамная металлургия); ртуть применяется в качестве балласта в подводных лодках и

для регулирования крена и дифферента некоторых аппаратов. Несмотря на вышеперечисленные области применения, исполь-

зования ртути стараются избегать из-за ее высокой токсичности. Литий. В таблице Д. И. Менделеева литий (Li) находится под

№ 3 в I группе. В Земной коре порядка 1·10- 3 % лития.

Физические свойства: температура плавления 180 ° С при наличии относительно высокой температуры испарения 1317 ° С, плотность 0,53 г/см3. Это легкоплавкий, серебристо-белый и легкий металл. Литий плавает в воде. По твердости литий мягче свинца. Литий относится к группе щелочных металлов.

Удельное электрическое сопротивление лития при 20 ° С равно 8·10- 8 Ом·м, при 185 ° С равно 14·10- 8 Ом·м. Сверхпроводимость при нормальном давлении и макроразмерах отсутствует. При давлении 23 ГПа сверхпроводимость возникает при 9 К.

Литий и его соединения широко применяются в технике. Из него изготавливают аккумуляторы, батарейки, иллюминаторы, прозрачные для мягкого рентгеновского излучения, сподуменовая керамика с низким коэффициентом расширения, активные диэлектрики LiNbO3 и LiTaO3 (пироэлектрики и электрооптические материалы), лазерный материал (LiF), ракетное топливо, ядерная и термоядерная техника.

Жидкий литий имеет следующие особенности, которые предопределили его использования в ядерной технике (нижеприведенные значения характеристик соответствуют жидкому литию при температуре 450 ° С):

1. Низкая вязкость (7·10- 7 м2/с), низкое давление паров (9,6·10- 2 МПа) и низкая плотность (0,49 г/см3);

154

2. Высокие теплоемкость — 4,2 кДж/(кг·К) и теплопроводность — 51 Вт/(м·К).

Благодаря этим свойствам литий (7Li) используется в качестве жидкометаллического теплоносителя, который «выводит» тепло из ядерного контура атомной электрической станции, где оно затем преобразуется в электроэнергию. Расплав лития химически агрессивен, поэтому иногда вместо лития применяют сплав лития со свинцом или расплавы натрия и калия.

Сплавы с высоким удельным электрическим сопротивлением

К этой группе сплавов относятся сплавы, у которых удельное электрическое сопротивление при 20 ° С находится в интервале 10- 6 – 10 - 5 Ом·м, они используются для создания резисторов, термопар и нагревательных приборов.

Сплавы для резисторов. Таких сплавов существует большое количество. Один из наиболее известных и широко применяемых в электро− и радиотехнике сплав, носит название манганин. Его основные компоненты — (85 % Cu + 12 % Mn + 3 % Ni). Особенностью манганина является то, что при контакте с медью он дает очень низкое термо-ЭДС, порядка 1 мкВ/° С. Удельное сопротивление манганина при 20 ºС равно 50·10- 8 Ом·м, то есть в 5 раз выше, чем у железа.

Этот сплав используется для создания прецизионных приборов, его рабочая температура до 300 ° С. Манганин выпускается в виде провода или ленты с толщиной (диаметром) более 0,01 мм, как с эмалированным или стеклянным покрытием, так и без него.

Кроме металлических сплавов, для резисторов применяются также неметаллические композиционные материалы такие, как бетэл, ЭКОМ, глина− шунгит. В этих материалах имеется диэлектрическая связка и проводящий наполнитель (сажа, графит, шунгит).

Сплавы для термопар. Таких сплавов также существует большое количество. Наиболее известные и широко используемые в технике сплавы приведены ниже.

Сплавы на основе меди. Константан — (60 % Cu + 40 % Ni).

Кроме перечисленных компонентов в сплав входят также в

155

небольших количествах кобальт и марганец. Этот сплав выпускается в виде провода или ленты с толщиной (диаметром) более 0,01 мм.

Особенности константана:

в контакте с медью он дает высокое значение термо-ЭДС, порядка 50 мкВ/° С. Интервал рабочих температур: (− 273 ÷ 400) º С, кратковременно до 700 ºС;

имеется слабая зависимость удельного электрического сопротивления от температуры. Отсюда название сплава, от греческого слова, означающего понятие «постоянный». При температуре 20 ° С удельное электрическое сопротивление равно 50·10- 8 Ом·м, т. е. так же, как для нихрома, и приблизительно в 5 раз выше, чем у железа.

Копель — (56 % Cu + 44 % Ni). В сплав также входит небольшое количество кобальта.

Сплавы на основе никеля. Алюмель — (95 % Ni + 5 % (Al, Si, Mn, Co)), его рабочая температура достигает 600 ° С.

Хромель — (90 % Ni + 10 % Cr + 1 % Co), его рабочая температура до 1000 ° С.

Характеристики некоторых широко распространенных термопар приведены в табл. 5.7, их температурные зависимости термо-ЭДС — на рис. 5.17.

Таблица 5.7

Характеристики некоторых широко распространенных термопар

156