Autor: Ing. Pavel Horlivý

Předmět/vzdělávací oblast: Elektrotechnický základ

Tematická oblast: Elektromagnetická indukce

Téma: Materiály v elektrotechnice - vodiče

Ročník: 1. – 2.

Datum vytvoření: březen 2013

Název: VY_32_INOVACE_15.1.07. ELE

Anotace:

Vodiče a jejich užití v různých oblastech elektrotechniky. Prezentace je určena pro výuku žáků oboru Telekomunikace. Využitím grafických možností sady Microsoft Office 2010 se materiál stává inovativním zejména přehledností výkladu odborného tématu. Využití multimediálních prostředků zvyšuje názornost výuky, usnadňuje porozumění tématu i u slabších žáků a žáků se SPU, udržuje jejich pozornost, podporuje jejich zájem a aktivitu.

Metodický pokyn:

Materiál je určen pro výuku, vyžaduje použití PC a dataprojektoru. Prezentace primárně slouží pro výklad v hodině, ale může být využita i k samostudiu a pro distanční formu vzdělávání. Materiál vyžaduje použití multimediálních prostředků – PC a dataprojektoru.

Materiály v elektrotechnice

Základní třídění materiálů

ELEKTRICKY VODIVÉ MATERIÁLY ODPOROVÉ MATERIÁLY POLOVODIČOVÉ MATERIÁLY MATERIÁLY PRO MAGNETICKÉ OBVODY KOVOVÉ SLITINY NA PÁJKY NEVODIVÉ MATERIÁLY

ELEKTRICKY VODIVÉ MATERIÁLY

Základní pojmy : Měrný elektrický odpor - rezistivita: značka ; jednotka ρ Ω*m Teplotní součinitel odporu: αR číselně udává, o jakou hodnotu se

změní odpor vodiče 1 Ω, zvýší-li se jeho teplota o 1°C. Supravodivost: projevuje se tím, že látka neklade téměř žádný

odpor průchodu elektrického proudu. Kryovodivost: mimořádně velká elektrická vodivost velmi čistých

kovů v oblasti nejnižších teplot. Teplota tání: značka t1; teplota, při níž za daného tlaku přechází

látka ze skupenství pevného do kapalného. Teplotní součinitel délkové roztažnosti: α1 udává číselně, o kolik

se změní délka 1m látky, zvýší-li se její teplota o 1°C. Mez pevnosti v tahu: značka Pa; největší napětí dané poměrem

největší dosažené síly v tahu k původnímu průřezu zkušebního vzorku.

Požadavky na elektricky vodivé materiály:

co nejmenší rezistivita (s výjimkou ρodporových materiálů)

velká pevnost v tahu velká tvrdost odolnost proti oxidaci a elektrickému

oblouku (opalování kontaktů) nízký bod tání (pájky, tavné pojistky apod.)

Druhy a vlastnosti elektricky vodivých materiálů:

Vzhledem k velikému sortimentu elektricky vodivých materiálů je nutné třídění do několika skupin s obdobným využitím:

1. materiály vysoké vodivosti 2. materiály těžko tavitelné 3. kovy a slitiny pro elektrické rezistory 4. kovy a slitiny pro zvláštní účely 5. elektrotechnický uhlík

Materiály vysoké vodivosti:

Měď (Cu): jedním z nejdůležitějších kovů. Má dobrou vodivost (elektrickou i tepelnou). Podle mechanických vlastností se dělí na tři druhy: -měkká: pevnost menší než 300MPa -polotvrdá: pevnost 300 až 360 MPa -tvrdá: pevnost 360 až 400 MPa

Slitiny mědi: Mosazi - slitiny mědi se zinkem. Označují se zkratkou Ms. Rozlišují

se mosazi k tváření (58 až 96 % Cu), odlévání (58 až 63 % Cu) a pro zvláštní účely.

Bronzy - slitiny mědi s cínem, popř. s hliníkem, křemíkem, beryliem apod. o Cínové bronzy (cín do 20 %, sběrací kroužky motorů)o Hliníkové bronzy (Al do 10%, odolné součástky proti korozi)o Křemíkové bronzy (křemík do 5%, pružiny přístrojů).

Hliník (Al) a slitiny hliníku: V porovnání s mědí je hliník dostupnější, lehčí a odolnější proti korozi. Anodická oxidace vytváří na povrchu hliníku tenkou vrstvu, která může nahradit izolaci. Nevýhodou oproti mědi je menší konduktivita a horší mechanické vlastnosti.

Dělení podle meze pevnosti v tahu: měkký, polotvrdý, tvrdý Používá se především k výrobě lan venkovních vedení, výrobě vodičů,

jádra silových kabelů a vinutí transformátorů a velkých točivých strojů. Slitiny hliníku mají mnohem lepší mechanické vlastnosti než hliník, ovšem

za cenu menší konduktivity.

Stříbro (Ag): Dá se zpracovávat na tenounké folie a dráty (v řádech micrometrů). Na vzduchu neoxiduje. Pasty na bázi Ag-Pb nebo Ag-Pt slouží jako materiál pro tlustovrstvé vodiče a rezistory.

Zinek (Zn): Používá se na elektrolytické pozinkování ocelových součástí, na elektrody galvanických článků a na výrobu slitin, např. tvrdých pájek.

Materiály vysoké vodivosti

Kadmium (Cd): Vlastnostmi se podobá zinku. Je jedovaté. Používá se na elektrolytické kadmiování ocelových součástí a na elektrody niklkadmiových akumulátorů.

Cín (Sn): Dobrá odolnost cínu proti korozi se využívá pro pocínování měděných a ocelových vodičů a plechu.

Zlato (Au): Je zejména v mikroelektrotechnice velmi významným a nepostradatelným materiálem, zejména pro svou vysokou odolnost proti normálním atmosférickým i agresivním vlivům prostředí. Používá se na kontakty, tenké propojovací vodiče v integrovaných obvodech a pro galvanické vytváření povrchových ochranných, vodivých a kontaktních ploch.

KONTROLNÍ OTÁZKY

Vyjmenuj základní rozdělení materiálů

Jaké jsou požadavky na vodivé materiály?

Vyjmenuj alespoň pět vysoce vodivých materiálů používaných v elektrotechnice

Jaké mají vlastnosti materiály na vodiče a kabely

Použité zdroje• ŠAVEL, Josef. Elektrotechnologie: materiály, technologie a výroba v elektronice a

elektrotechnice. 3., rozš. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2004, 299 s. ISBN 80-730-0154-3.

• TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006, 623 s. ISBN 80-867-0613-3.

• Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Pavel Horlivý.