Hola giktayms Decidí publicar en partes mi guía de materiales utilizados no solo en ingeniería eléctrica, sino también en general en ingeniería, incluidos los trabajadores caseros. Con una descripción, ejemplos de aplicación, notas sobre el trabajo. El manual está escrito de la manera más simple posible y será claro para todos, desde el estudiante hasta la persona de la tercera edad.

En esta parte, comenzamos a desmontar los conductores: plata, cobre, aluminio.



Bienvenido a Cat (TRAFFIC)

Una introducción que generalmente nadie lee

Hojeando en varios libros de texto sobre ciencia de materiales, manuales de capacitación y libros científicos en busca de respuestas a mis preguntas, me horrorizó cuánto el estilo académico de presentación erige un muro entre aquellos que quieren aprender y conocer. En lo que respecta al deseo de los autores de sortear bordes afilados, los lugares oscuros convierten los libros de texto en un desierto homogéneo e interminable de aburrimiento y desesperación. Además, el nivel trascendental de abstracción hace que sea extremadamente difícil para un neófito usar el conocimiento adquirido en la práctica. Así que decidí hacer mi guía, con blackjack y chicas pródigos.

Esta guía es animada, ya que recibirá nuevos materiales, aclaraciones, comentarios de ustedes, queridos lectores, se complementará, cambiará y mejorará. Siempre la versión más reciente del manual está en mi sitio web en resumen. Apoyo el movimiento Open Source y Open Hardware con ambas manos, creo que el intercambio de conocimientos debe ser gratuito, beneficiará a todos, por lo que el manual está licenciado bajo Creative Commons 3.0 BY-NC- SA, lo que significa que puede hacer cualquier cosa con él: cargar, distribuir, modificar, observando solo tres restricciones:

• El enlace a mí es obligatorio (incluidos los trabajos derivados).
• No puede ganar dinero con mi asignación sin un acuerdo conmigo (prohibición de uso comercial).
• Todos los trabajos derivados deben distribuirse en las mismas condiciones.

Los beneficios de este manual:

• El texto completo está escrito por mí y complementado por las personas maravillosas mencionadas en la sección de Agradecimientos. No incluí información cuya fiabilidad o relevancia dudaría. Por lo tanto, la proporción de tonterías en el texto es, en promedio, menor que en los textos de marketing de revendedores-proveedores, pero mayor que en un buen libro de texto soviético.
• Al menos sentí la mayoría de los materiales, los usé en mis diseños y no los vi solo en la imagen.
• El manual es completamente (para ser completamente honesto, con la excepción de una imagen en la que tuve que dibujar lo que pude hacer). Preparado usando productos OpenSource (Linux, GIMP, LibreOffice, contexto). Solo por interés deportivo.
• Algunas secciones tienen un punto "Fuentes" - consejos para encontrar materiales - dónde comprar, bajo qué nombres buscar. Por supuesto, todo se puede comprar en Aliexpress y en Ebay, por lo que esta opción no está indicada. El artículo puede ser útil si el material es necesario "aquí y ahora".

Al publicar la guía aquí, realmente espero una gran cantidad de críticas constructivas y adiciones de ustedes, queridos lectores.


Vamos!

Conductores

El siglo XX es la era de los plásticos. Antes del advenimiento de una amplia gama de materiales poliméricos sintéticos, los humanos usaban metales y materiales de origen natural en la construcción: madera, cuero, etc. Hoy estamos llenos de productos plásticos, desde vajillas desechables hasta piezas pesadas de motores de automóviles. Los plásticos son en muchos aspectos superiores a los metales, pero nunca los desplazarán por completo, por lo que la historia comienza con los metales. Cientos de libros están dedicados a los metales, la disciplina dedicada a ellos se llama "ciencia del metal".

Estamos interesados ​​en los metales en términos de tecnología electrónica. Como conductores, como parte de dispositivos electrónicos. Todas las demás aplicaciones, por ejemplo, como materiales estructurales, aún no se han incluido en este manual.

La propiedad principal de los metales en la tecnología electrónica es la capacidad de conducir bien la corriente eléctrica. Veamos la tabla de resistividad de varios metales:

Metal	Resistividad ohm * mm2 / m
Plata	0,015 ... 0,0162
Cobre	0,01724 ... 0,018
Oro	0,023
Aluminio	0,0262 ... 0,0295
Iridio	0,0474
Tungsteno	0,053 ... 0,055
Molibdeno	0,054
Zinc	0,059
Níquel	0,087
Hierro	0,098
Platino	0,107
Estaño	0,12
Plomo	0.217 ... 0.227
Titanio	0,5552 ... 0,7837
Bismuto	1,2

Vemos a los líderes de nuestra lista: Ag, Cu, Au, Al.

Plata

Ag - Plata. Metales preciosos. La plata es el más barato de los metales preciosos, pero no obstante es demasiado caro para fabricar cables. 5% mejor conductividad en comparación con el cobre, con una diferencia de precio de casi 100 veces.

Ejemplos de aplicación

En forma de recubrimientos de conductores en tecnología de microondas. Debido al efecto de la piel , la corriente de alta frecuencia fluye a lo largo de la superficie del conductor, y no en su grosor, por lo que un recubrimiento delgado de la guía de ondas con plata proporciona un aumento mayor en la conductividad que el recubrimiento de plata del conductor para corriente continua.

En aleaciones de grupos de contacto. Los contactos de potencia, relés de señal, disyuntores, interruptores suelen estar hechos de una aleación que contiene plata. La resistencia de transición de dicho contacto es menor que el cobre, es menos propenso a la oxidación. Dado que el contacto suele ser en miniatura, el costo de esta pequeña adición de plata al costo del producto es insignificante. Aunque al desechar una gran cantidad de relés, el costo de la plata hace que sea aconsejable trabajar con cortadores laterales para separar los contactos en un montón para su posterior refinación.


Contactos de relé de potencia a 16 amperios. Según la documentación del fabricante.
Los contactos contienen plata y cadmio.


Varios relés. El relé superior incluso tiene una caja plateada con una pátina característica. El contenido de metales preciosos en productos fabricados en la URSS se indicó en los pasaportes de productos.

Como aditivo en soldaduras. Las soldaduras de alta calidad (tanto duras como blandas) a menudo contienen plata.

Recubrimientos conductivos en dieléctricos. Por ejemplo, para obtener un área de contacto sobre cerámica, se le aplica una suspensión de partículas de plata, seguido de horneado en un horno (método de "combustión").

Componente de adhesivos y pinturas eléctricamente conductores. Tinta conductora a menudo
contienen una suspensión de partículas de plata. A medida que la tinta se seca, solvente
se evapora, las partículas en la solución se acercan, se unen y crean conductores
puentes sobre los cuales puede fluir corriente. Un buen video de recetas para crear tales
tinta

Desventajas

A pesar de que la plata es un metal noble, se oxida en un medio que contiene
azufre
4Ag + 2H ₂ S + O ₂ → 2Ag ₂ S + 2H ₂ O

Se forma una capa oscura - "pátina". Además, el caucho puede servir como fuente de azufre.
Este cable con aislamiento de goma y contactos plateados es una mala combinación.
La plata oscurecida se puede limpiar químicamente . A diferencia de las pastas abrasivas (incluida la pasta de dientes), este es el método de limpieza más suave que no deja rasguños.

Cobre

Cu es cobre. El metal principal de los conductores actuales. Bobinados de motor, cables aislados, llantas, conductores flexibles: la mayoría de las veces es cobre. El cobre no es difícil de reconocer por su característico color rojizo. El cobre es bastante resistente a la corrosión.

Ejemplos de aplicación

Alambres El uso principal del cobre en su forma pura. Cualquier aditivo reduce la conductividad eléctrica, por lo que el núcleo de los cables suele ser cobre puro.


Cables trenzados flexibles de varios tamaños.

Conductores flexibles. Si los conductores para dispositivos estacionarios pueden, en principio, estar hechos de cualquier metal, entonces los conductores flexibles casi siempre están hechos solo de cobre, el aluminio es demasiado frágil para estos fines. Contienen muchas vetas finas de cobre.

Disipadores de calor. El cobre conduce la corriente no solo un 56% mejor que el aluminio, sino que también tiene casi el doble de buena conductividad térmica. Las tuberías de calor, radiadores, placas de distribución de calor están hechas de cobre. Dado que el cobre es más caro que el aluminio, los radiadores a menudo están compuestos, el núcleo del cobre y el resto de aluminio más barato.


Radiadores de refrigeración de CPU. El eje central está hecho de cobre, elimina bien el calor del cristal del procesador, y un disipador de calor de aluminio con aletas desarrolladas ya enfría el núcleo mismo.

En la fabricación de láminas de circuitos impresos. Las placas de circuito impreso, en cualquier dispositivo electrónico, están hechas de una placa dieléctrica sobre la cual se pega la lámina de cobre. Todas las conexiones entre los elementos de la placa de circuito impreso están hechas de pistas de lámina de cobre.

Técnica de ultra alto vacío. De los metales y aleaciones, solo el acero inoxidable y el cobre son adecuados para cámaras de ultra alto vacío en instrumentos como aceleradores de partículas o espectrómetros de rayos X. Todos los demás metales en el vacío se evaporan ligeramente y estropean el vacío.

Ánodos de tubos de rayos X. El análisis de rayos X requiere radiación de rayos X monocromática. Su fuente es a menudo cobre irradiado con electrones (línea espectral Cu Kα), que también elimina perfectamente el calor. Si se requiere otra radiación (Co o Fe), se obtiene de una pequeña pieza del metal correspondiente en un disipador de calor de cobre masivo. Dichos ánodos siempre se enfrían con agua corriente.

Datos interesantes sobre el cobre

• El cobre es un metal bastante caro, por lo que los fabricantes sin escrúpulos intentan ahorrar en él. Subestime la sección transversal de los cables (cuando se escribe 0,75 mm2, pero de hecho 0,11 mm2). El aluminio está pintado como "cobre" en los devanados, externamente, el devanado se parece a cobre, pero si el aislamiento se raspa, resulta que está hecho de aluminio. Tanto los fabricantes chinos como los nacionales no lo hacen, un cable con una sección transversal de 2.5 mm2 puede resultar ser una sección transversal de 2.3 mm2, por lo que el margen de seguridad y control de entrada no será superfluo. Por supuesto, la confiabilidad del contacto en los accesorios eléctricos de un núcleo con una sección transversal de 2.3 mm2, diseñada para un núcleo de 2.5 mm2, será baja.
• El cobre convierte la llama en verde, esta propiedad se utilizó para detectar cobre en el mineral cuando el análisis químico no estaba disponible. Un rastro verde en la llama es un indicador de la presencia de cobre. (pero no siempre, los iones de boro pueden dar un color verde a la llama)
  
  
• El cobre es un metal blando, pero si agrega al menos un 10% de estaño al cobre, obtendrá una aleación dura y elástica: bronce. Fue el dominio de la obtención de bronce que sirvió como el nombre de la era histórica: la Edad del Bronce. La adición de berilio al cobre proporciona el bronce al berilio, una aleación elástica duradera a partir de la cual se hacen los contactos de resorte.
• El cobre es uno de los pocos metales blandos con un alto punto de fusión; por lo tanto, las juntas de sellado están hechas de cobre, por ejemplo, para tecnología de alta temperatura o vacío. Por ejemplo, la junta del tapón del cárter del motor de un automóvil.
• Durante el procesamiento mecánico (por ejemplo, el dibujo), el cobre se compacta y se vuelve rígido. Para restaurar la suavidad y la ductilidad originales, el cobre se "recoce" en una atmósfera protectora, se calienta a 500-700 ° C y se mantiene durante un tiempo. Por lo tanto, algunos productos de cobre son duros y otros blandos, como las tuberías de cobre.
• El cobre no da chispas. Para trabajar en lugares explosivos, como una tubería de gas, use una herramienta intrínsecamente segura, una herramienta de acero recubierta con una capa de cobre o una herramienta hecha de aleaciones de cobre - bronce. Si dicha herramienta golpea accidentalmente una superficie de acero, no dará chispas peligrosas.
• Dado que se conoce el coeficiente de temperatura de resistencia para el cobre puro, los termómetros de resistencia están hechos de cobre (tipo TCM - Termómetro de resistencia de cobre, también hay un TSP - Termómetro de resistencia de platino). Un termómetro de resistencia es una resistencia finamente hecha enrollada de alambre de cobre. Al medir su resistencia, es posible determinar su temperatura con bastante precisión mediante la tabla o la fórmula.

Aluminio

Al - Aluminio. El "metal alado" es el cuarto más conductor después de la plata, el oro y el cobre.
Aunque el aluminio conduce la corriente casi una vez y media peor que el cobre, es 3.4 veces y tres veces más ligero
veces más barato Y si calculamos la conductividad, entonces el conductor de cobre equivalente de
¡el aluminio será 6.5 veces más barato! El aluminio desplazaría al cobre como un conductor en todas partes si
No sería un par de sus propiedades desagradables, pero más sobre eso en las deficiencias.

El aluminio puro, como el hierro puro, prácticamente no se usa en tecnología (excepciones
- alambres y papel de aluminio). Cualquier artículo de "aluminio" consiste en algún tipo de aleación de aluminio. Las aleaciones pueden contener silicio, magnesio, cobre, zinc y otros metales. Sus propiedades difieren mucho, y esto debe tenerse en cuenta al procesar. Los siguientes son algunos de los grados más comunes de aluminio:

• 1199. 99,99% de aluminio puro. Ocurre casi exclusivamente en forma de papel de aluminio.
• 1050 y 1060. 99.5% neto y 99.6% neto, respectivamente. Debido a su alta conductividad térmica, a veces se usa como material para radiadores. Suave, fácil de doblar. Alambres, papel de aluminio, platos.
• 6061 y 6082. Aleaciones: 6061 - Si 0.6%, Mg 1.0%, Cu 0.28%, 6082 - Si, Mg, Mn. El primero es más común en los EE. UU., El segundo, en Europa. Fácil de moler, molino. El mejor material para productos caseros. Durable Fácil de soldar, soldado por aleaciones de soldadura fuerte. Fácil de anodizar. Se dobla mal. No apto para fundición.
• 6060. Composición: Mg, Si. Es más suave que 6061 y 6082, mientras que el corte es ligeramente "plastilina", para lo cual no les gusta a los torneros. Es generalizado y barato, no tiene otras ventajas especiales. Un perfil de aleación de aluminio barato tiene muchas posibilidades de serlo.
• 5083. Aleación con magnesio (> 4% Mg). Excelente resistencia a la corrosión, resistente al agua de mar. Una de las mejores opciones para piezas que trabajan bajo la lluvia. También se puede encontrar en una tienda de materiales de construcción, junto con otras marcas similares.
• 44400, también se le llama Silumin. Aleación con un gran porcentaje de silicio (Si> 8%). Fundición Bajo punto de fusión, al soldar, existe el riesgo de derretir la pieza en sí. Frágil, se rompe cuando se dobla. En la fractura, los cristales característicos son visibles.
• 7075. 2.1-2.9% Mg, 5.1-6.1% Zn, 1.2-1.6% Cu. Una aleación muy peculiar, incluso de color diferente (la película de óxidos es ligeramente dorada). Sorprendentemente duro para el aluminio, comparable en dureza al acero dulce. Mal anodizado. No suelde en absoluto. No se suelda en absoluto. No se dobla ni se forja en absoluto. No apto para fundición. Se procesa perfectamente y se pule perfectamente. Bueno para artículos críticos. Utilizado para tornillos en bicicletas, en armas (el material de muchas partes del rifle M16).

La temperatura de fusión relativamente baja (660 ° C para puro, menos de 600 ° C para aleaciones de fundición) de aluminio hace posible fundir piezas en formas de arena bajo condiciones
garaje / taller. Sin embargo, muchas marcas de aluminio no son adecuadas para fundición.

Ejemplos de aplicación

Alambres El aluminio es barato, por lo que los cables de alimentación gruesos, SIP , líneas de alimentación son ventajosos de aluminio. En casas antiguas, el cableado de los apartamentos está hecho de alambre de aluminio (desde 2001 PUE prohíbe el uso de alambre de aluminio en apartamentos, solo cobre, consulte la edición PUE 7 de la cláusula 7.1.34). Además, el aluminio no se utiliza como conductor en aplicaciones críticas.


A la izquierda hay un viejo cable de aluminio. A la derecha hay cables de aluminio de varias secciones,
Apto para colocar en el suelo. En particular, un piso entero del edificio estaba conectado al cable de energía eléctrica a la derecha. El cable, además de la cubierta exterior de goma, tiene una cinta de acero blindada para proteger el aislamiento subyacente de daños, por ejemplo, con una pala durante la excavación.

Disipadores de calor. No solo las baterías domésticas están hechas de aluminio, sino también radiadores en
Microchips, procesadores, fabricados en aluminio.


Varios radiadores de aluminio.

Cajas de dispositivos. La carcasa del disco duro de su computadora está hecha de aleación de aluminio. Una pequeña adición de silicio mejora las propiedades de resistencia del aluminio, la aleación de silumin es el caso de los discos duros, electrodomésticos, cajas de cambios, etc.

Aluminio anodizado (aluminio en el cual una película de óxido es electroquímicamente
hecho más grueso y más fuerte en la superficie) está bien pintado y simplemente hermoso. Óxido
La película (Al ₂ O ₃ - las piedras preciosas de rubíes y zafiros están hechas de la misma sustancia) es bastante dura y resistente al desgaste, pero desafortunadamente el aluminio debajo es suave y se rompe como el hielo sobre el agua bajo una fuerte influencia.

Pantallas El blindaje electromagnético a menudo está hecho de papel de aluminio o lámina delgada de aluminio. Puedes hacer un experimento simple, un teléfono móvil
envuelto en papel de aluminio perderá la red, estará protegido.

Revestimiento reflectante en espejos. 89% ( , ) ( 98%, - ). , .


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Fuentes

En las grandes tiendas de construcción (OBI, Leroy Merlin, Castorama) generalmente hay un perfil de aluminio en diferentes tamaños y formas. Una buena fuente puede ser la vajilla de aluminio estampada: es muy barata y tiene varias formas. Pero presta atención a las marcas. Si necesita 6061 y especialmente 7075, debe comprarlo en una empresa especializada en metales.

Enlaces a partes del manual:

1 : Conductores: plata, cobre, aluminio.
2 : Conductores: hierro, oro, níquel, tungsteno, mercurio.
3 : Conductores: carbono, nicromos, aleaciones termoestables, soldaduras, conductores transparentes.
4 : dieléctricos inorgánicos: porcelana, vidrio, mica, cerámica, amianto, gas y agua.
5 : Dieléctricos semisintéticos orgánicos: papel, lejía, parafina, aceite y madera.
6 : dieléctricos sintéticos basados ​​en resinas de fenol-formaldehído: carbolita (baquelita), getinax, textolita.
7 : Dieléctricos: fibra de vidrio (FR-4), tela barnizada, caucho y caucho duro.
8 : Plásticos: polietileno, polipropileno y poliestireno.
9 : Plásticos: politetrafluoroetileno, cloruro de polivinilo, tereftalato de polietileno y siliconas.
10 : Plásticos: poliamidas, poliimidas, metacrilato de polimetilo y policarbonato. Historia del uso de plásticos.
11 : Cintas y tubos de aislamiento.
12 : final