Fier și oțel conductiv

În natură, fierul se află în diverși compuși cu oxigen (FeO, Fd2O3 etc.). Este extrem de dificil să izolați fierul pur chimic din acești compuși. În ceea ce privește proprietățile electrice și magnetice, fierul pur chimic este aproape de fierul purificat din impurități prin metoda electrolitică (fierul electrolitic). Cantitatea totală de impurități din fierul electrolitic nu depășește 0,03%.

Principalele impurități din fier sunt: ​​oxigen (O2), azot (N2), carbon (C), sulf (C), fosfor (P), siliciu (Si), mangan (Mn) și altele. Majoritatea impurităților intră în fier din minereu și combustibil.

Siliciul și manganul sunt introduse în mod specific în fier ca dezoxidanți. Se combină ușor cu oxigenul și formează oxizi, care în fierul topit (oțel) plutesc la suprafață sub formă de zgură și sunt îndepărtați. Acest lucru îmbunătățește proprietățile mecanice ale oțelurilor, dar, rămânând în cantitate mică în oțel, ele reduc conductivitatea electrică a acestuia.

Sulful și fosforul sunt impurități nocive. Intrând în fier și oțel din minereu și combustibil, ele provoacă fragilizarea oțelurilor.Gazele (azotul și oxigenul) sunt, de asemenea, impurități nocive, deoarece deteriorează proprietățile electrice și magnetice ale fierului și oțelului.

O impuritate care reduce drastic conductivitatea electrică a fierului este carbonul. Aliajele de fier cu carbon se numesc oțeluri. Pe langa carbon, otelurile mai contin si alte elemente care sunt introduse special pentru a obtine anumite proprietati (elemente de aliere).

Calitățile tehnice ale fierului sunt oțelurile cu conținut scăzut de carbon, al căror conținut de carbon variază de la 0,01 la 0,1%. În oțelurile de structură, carbonul este conținut într-o cantitate de la 0,07 la 0,7%, iar în oțelurile de scule și alte oțeluri speciale (aliate) - de la 0,7 la 1,7%.

Fier și oțel - cele mai ieftine și mai accesibile materiale conductoare cu rezistență mecanică ridicată la tracțiune, dar utilizarea lor este limitată de următoarele dezavantaje.

Fierul și oțelul au o rezistență scăzută la coroziune, adică se oxidează ușor în aer - ruginesc. În plus, au un crescut rezistenţă (p = 0,13 — 0,14 ohmi x mm2 / m) comparativ cu cuprul și aluminiul. Rezistența electrică a fierului și oțelului la curentul alternativ crește foarte mult deoarece fierul și oțelul sunt materiale magnetice… Prin urmare, curentul se deplasează în mare măsură de la partea de mijloc a conductorului la suprafața sa (efect de suprafață).

Pentru a reduce acest efect și amploarea rezistenței electrice la curentul alternativ, ei încearcă să folosească oțeluri cu cea mai scăzută permeabilitate magnetică posibilă.

Pentru producția de sârmă de oțel, se utilizează oțel cu un conținut de carbon de 0,10 până la 0,15%, care are următoarele proprietăți: densitate 7,8 g / cm3, punct de topire 1392 - 1400ОС, rezistență maximă la tracțiune 55 - 70 kg / mm2, alungire relativă 4 — 5%, rezistență 0,135 — 146 ohm hmm2 / m, coeficient de rezistență la temperatură α = +0,0057 1/°C.

Pentru a le proteja de coroziunea atmosferică, firele de oțel sunt acoperite cu un strat subțire de cupru sau zinc (0,016 - 0,020 mm).

Sârma și tijele de oțel sunt, de asemenea, folosite ca miezuri fire bimetaliceoferind economii semnificative la cuprul conductor. Conductorii bimetalici sunt utilizați în dispozitivele electrice (chei de cuțit, contactori etc.).

Orez. 1. Secțiunea transversală a unui fir bimetalic

Orez. 2. Secțiunea transversală a sârmei bimetalice de oțel-aluminiu: 1 — sârmă de aluminiu, 2 — sârmă de oțel

Sârma de oțel galvanizat cu rezistență mecanică ridicată la tracțiune (130 — 170 kg / mm2) este utilizată ca miezuri în firele de oțel-aluminiu pentru a le crește rezistența mecanică la tracțiune.