Materiały przewodzące prąd elektryczny

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

Materiały przewodzące prąd elektryczny

Prąd elektryczny może płynąć przez wiele substancji, takich jak elektrolity, grafit, węgiel,
niektóre tworzywa sztuczne. Niektóre pierwiastki chemiczne takie jak krzem i german lub
różne związki chemiczne przewodzą prąd w szczególnych warunkach. Są to półprzewodniki,
używane głównie w elektronice. Najlepszymi i najczęściej używanymi przewodnikami prądu
elektrycznego są metale. Niektóre z nich, takie jak czysta miedź, aluminium, srebro nadają się
do tego celu szczególnie.
Celem prezentacji multimedialnej jest przedstawienie dostępnej wiedzy na temat materiałów
przewodzących prąd elektryczny i ich zastosowania, także schematu stanowiska do mierzenia
spadku konduktywności wraz ze wzrostem temperatury. Wiedza zdobyta w prezentacji może
zostać sprawdzona dzięki automatycznemu programowi egzaminowania studentów.

Metale

Do metali zaliczamy takie pierwiastki jak miedź, złoto, srebro, aluminium, cyna. Metale mają
zwykle dobre właściwości wytrzymałościowe, mają także dodatni temperaturowy
współczynnik rezystywności (opór elektryczny zwiększa się z podwyższeniem temperatury),
posiadają metaliczny połysk, są plastyczne czyli zdolne do trwałych odkształceń, są także
odporne na działanie wysokich temperatur.

Miedź

Miedź  (Cuprum)  jest  drugim  po  srebrze,  a  jednocześnie  najbardziej  rozpowszechnionym
przewodnikiem prądu elektrycznego. Jej konduktywność wynosi 55 - 58           .
Otrzymywanie  -  w  procesie  hutniczym  przez  wytapianie  rud  siarczkowych  lub  tlenkowych.
Uzyskana  w  ten  sposób  miedź  zawiera  do  1,5%  zanieczyszczeń,  poddaje  się  ją  rafinacji
elektrolitycznej i uzyskany w ten sposób rafinat zawiera 99,5 - 99,95% Cu.

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

Właściwości miedzi

pokrywa się patyną, która chroni głębsze warstwy od wpływów atmosferycznych,

w wyższych temperaturach szybko się utlenia,

jest nieodporna na atmosferę zawierającą dwutlenek siarki, ulega korozji,

daje się łatwo przerabiać plastycznie na zimno i na gorąco, dobrze się walcuje i
ciągnie na cienkie druty,

ma dużą wytrzymałość me-chaniczną,

daje się łatwo lutować.

Zastosowanie miedzi

yły przewodów i kabli,

cewki indukcyjne, przekaźniki, transformatory, silniki,

spoiwa,

ekrany elektryczne,

cieżki przewodzące na płytkach drukowanych,

końcówki montażowe,

Komutatory.

Srebro

Srebro  (Argentum)  jest  najlepszym  przewodnikiem  prądu.  Jego  konduktywność  wynosi  62,5
.
Otrzymywanie  -  jako  produkt  uboczny  przy  przeróbce  metodą  hutniczą  rud  cynku,  ołowiu  i
miedzi. Otrzymane w ten sposób srebro poddaje się rafinacji elektrolitycznej.

Właściwości srebra

odporne na wpływy atmosferyczne i tlen,

podatne na korozję - w obecności siarkowodoru pokrywa się brunatnym
nieprzewodzącym nalotem,

doskonale obrabia się na zimno, daje się walcować na bardzo cienkie folie i wyciągać
na bardzo cienkie druty,

łatwe do lutowania,

duża ścieralność

Zastosowanie srebra

do wykonywania styków,

do powlekania metali np.: rurek w urządzeniach o wielkich częstotliwościach,

do powlekania ceramiki jako okładziny kondensatorów,

jako składnik past przewodzących.

Złoto

Złoto (Aurum) jest trzecim po srebrze i miedzi najlepszym przewodnikiem prądu. Jego
konduktywność wynosi 42,5 .
Otrzymywanie - jako produkt uboczny przy elektrolitycznej rafinacji srebra lub miedzi.

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

Właściwości złota

odporne na korozję,

odporne na działanie większości kwasów i zasad,

duża plastyczność, jest bardzo

miękkie, niekorzystne właściwości wytrzymałościowe.

Zastosowanie złota

do wykonywania powłok na podkładki srebrne w mikroelektronice, druty

połączeniowe w mikroelektronice,

składnik past przewodzących,

do pokrywania styków.

Aluminium

Aluminium  (Glin)  jest  czwartym  najlepszym  przewodnikiem  prądu.  Jego  konduktywność  to
35 - 38            .
Otrzymywanie - Głównie z boksytów. Rudę po rozdrobnieniu, w podwyższonej temperaturze
i pod ciśnieniem poddaje się działaniu wodorotlenku NaOH. Po wykrystalizowaniu Al(OH)3
wypala się go do tlenku Al2O3. Rozpuszcza się go następnie w fluorku sodowo-glinowym i
poddaje  elektrolizie.  Po  podwójnej  elektrolizie  można  uzyskać  produkt  zawierający  99,99%
Al.

Właściwości aluminium

lżejsze od miedzi,

szybko utlenia się, a warstwa tlenku jest nieprzewodząca,

odporne na korozję,

łatwo się walcuje i ciągnie na druty,

ciężko się lutuje,

zdolność do płynięcia.

Zastosowanie aluminium

yły przewodów i kabli,

kontakty w układach scalonych,

folie kondensatorów (okładziny), złączki,

końcówki montażowe.

Cyna

Cyna  (Stannum)  jest  podstawowym  składnikiem  lutowi  miękkich,  jest  także  bardzo  często
stosowano jako dodatek stopowy do innych metali przewodzących, szczególnie miedzi.
Otrzymywanie  -  ze  wzbogaconej  rudy  tlenkowej  poprzez  jej  redukcję  węglem  w  piecach
szybowych  lub  płomieniowych.  Cynę  zanieczyszczoną  żelazem  rafinuje  się  ogniowo  lub
elektrolitycznie.

Właściwości cyny

odporna na działanie czynników atmosferycznych i wody, rozpuszcza się w kwasach

nieorganicznych i zasadach

jest miękka,

walcuje się na cienkie folie.

Zastosowanie cyny

folie kondensatorów (okładziny),

składnik lutowia,

do pokrywania mozaiki na płytkach drukowanych.

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

Niemetale

Do  niemetali  przewodzących  prąd  zaliczamy  grafit  i  niektóre  polimery  (poliacetylen).
Polimery  są  materiałami  organicznymi,  złożonymi  ze  związków  węgla.  Powstają  w  wyniku
połączenia  wiązaniami  kowalencyjnymi  w  łańcuchy  wielu  grup  atomów  zwanych
monomerami.

Materiały

polimerowe

cechują

się

doskonałymi

własnościami

wytrzymałościowymi (często lepszymi niż metale), ale nie są odpowiednie do stosowania w
warunkach podwyższonej temperatury.

Grafit

Grafit jest heksagonalną polimorficzną odmianą węgla.
Otrzymywanie - sztucznie przez podgrzewanie do wysokich temperatur substancji bogatych
w węgiel lub wydobywany bezpośrednio ze złóż węglowych.

Właściwości Grafitu

bardzo miękki,

duże przewodnictwo cieplne i elektryczne.

Zastosowanie grafitu

na elektrody,

na styki.

Stanowisko laboratoryjne

Stanowisko laboratoryjne do mierzenia przewodności elektrycznej składa się z obwodu ze
ź

ródłem prądu stałego, amperomierzem i woltomierzem, piecyka laboratoryjnego, oraz

zestawu próbek do analizy wykonanych z różnych materiałów przewodzących prąd.