Una guía de materiales eléctricos para todos. Parte 2

Orientación continua sobre materiales eléctricos. En esta parte, continuamos desmontando los conductores: hierro, oro, níquel, tungsteno, mercurio.


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Hierro

Fe es hierro. El principal material estructural en la industria también se utiliza en ingeniería eléctrica. La baja conductividad en comparación con el cobre se compensa con un precio muy bajo. Y, lo que es más importante en Rusia, menos atractivo para los cazadores de metales, la conexión a tierra desde una tubería oxidada gruesa durará más tiempo sin protección para un hermoso autobús de cobre.

En tecnología, el hierro se usa casi exclusivamente en forma de aleaciones con hierro fundido al carbono y aceros. Las propiedades de los aceros de diferentes grados son muy diferentes: de herramienta suave a dura.

Ejemplos de aplicación

Hardware Los tornillos, arandelas, tuercas de acero se fabrican en grandes cantidades en equipos especialmente diseñados para esto. El hardware de otros metales es muy raro y mucho más costoso. Por lo tanto, en la mayoría de los casos, la punta de cobre del cable de cobre será empujada hacia el bus de cobre con un perno de acero. También es importante la alta resistencia del acero; no apriete el perno de cobre con acero. Presta atención a los números en la cabeza del perno: indican su fuerza. Cuanto mayor sea el número, más fuerte se puede apretar el tornillo.

Bloques de terminales, conectores. Las conocidas "tuercas" contienen placas de acero con un recubrimiento protector contra la corrosión. Además, el uso de acero es necesario para evitar la corrosión galvánica al conectar cables de cobre y aluminio.


Conector "tuerca". Dentro de la funda de plástico, un conjunto de placas de acero con tornillos le permite ramificar el núcleo del cable sin cortar el núcleo mismo. También le permite cambiar de aluminio a cobre.

Bucles de tierra Los requisitos de seguridad eléctrica obligan a proporcionar conexión a tierra. A menudo, en condiciones industriales, el bus de conexión a tierra está hecho de acero laminado, fijado a lo largo del perímetro de la pared. La baja conductividad eléctrica del acero se compensa con la gran sección transversal del conductor. En muchos casos, las reglas y normas de seguridad requieren que las piezas de conexión a tierra estén hechas de acero específicamente por razones de resistencia mecánica.


La tira de acero que envuelve la columna es el bus de tierra.

Las propiedades magnéticas del acero son ampliamente utilizadas : los núcleos de los transformadores y los estranguladores se ensamblan a partir de placas de acero.

Desventajas

Corrosión El hierro se oxida, mientras que la densidad del óxido es menor que la densidad del hierro original, debido a esto, la estructura se hincha . Por lo tanto, el hierro está recubierto con recubrimientos protectores: galvanizado, estañado, cromado, pintura, etc. Los diferentes grados de acero son susceptibles a la corrosión en diversos grados, y de acuerdo con la ley de la mezquindad, son los que se procesan con mayor facilidad en las máquinas que más se oxidan.

Oro

Au - Oro. El metal precioso más estúpido. Tiene el menor uso en tecnología de todos los metales preciosos, pero es un símbolo de riqueza. Sorprendentemente más caro que el platino (2017), que carece de sentido común y es solo el resultado de la especulación.

Ejemplos de aplicación

Recubrimientos de contacto. Debido al hecho de que el oro no se oxida en el aire, los contactos están recubiertos con una capa muy delgada de oro.


Chapado en oro en varios componentes electrónicos: chapado en los contactos de la placa para su instalación en la ranura, chapado en los contactos de los botones de membrana del teléfono móvil, chapado en los pines del procesador.

Protección contra la corrosión. Algunas aplicaciones críticas utilizan un revestimiento de oro para proteger los conductores de la corrosión (principalmente militares). Una vez, el chapado en oro era la única forma de proteger la electrónica de la corrosión en la jungla, por lo que muchos componentes de radio antiguos incluso tienen carcasas chapadas en oro. Y ahora, por lo general, simplemente llenan el tablero con un compuesto en un "ladrillo".

Datos interesantes sobre el oro

• El oro es uno de los cuatro metales que tiene un tinte en estado no oxidado. Todos los demás metales son blancos (el oro y el cesio son amarillentos, el cobre es rojizo y dorado en las aleaciones, el osmio tiene un tinte azul).
• La densidad del oro difiere ligeramente de la densidad del tungsteno (19.32 g / cm ³ para el oro, 19.25 g / cm ³ ), esto se utiliza para falsificar lingotes de oro, cubriendo el lingote de tungsteno con una capa de oro. Quizás esta sea una de las razones por las cuales los estadounidenses no permiten que nadie verifique la autenticidad de sus reservas de oro. Y quizás por eso no le dieron su oro a Alemania de inmediato.
• Es posible extraer oro químicamente de una montaña de electrónica antigua, pero no siempre es económicamente factible y es procesado por la ley (artículos 191, 192 del Código Penal de la Federación de Rusia).

Níquel

Ni - Níquel. Un metal maravilloso, pero en tecnología electrónica la aplicación principal, como una alternativa económica a los contactos con revestimiento de oro. Si el contacto está recubierto con metal blanco brillante, entonces es muy probable que sea níquel.

Ejemplos de aplicación

Recubrimiento de contacto. Se aplica sobre cobre, plástico, para un contacto confiable y con fines decorativos. Los chinos codiciosos a veces hacen contactos de plástico, cubriéndolos con una capa de níquel y cromo, parece normal exteriormente, incluso cómo funciona, pero no hay duda de ninguna fiabilidad.


Varios conectores niquelados para un contacto confiable.


En el conector de la derecha, para ahorrar metal, el núcleo del pasador es hueco con relleno de plástico. Un tubo de latón niquelado del que está hecho el pasador no es la peor opción.

Conductores actuales en las lámparas. La aleación de platino (46% Ni, 0.15% C, el resto Fe) no contiene platino, pero tiene un valor de expansión térmica lineal muy cercano al platino, lo que hace posible que electrodos confiables pasen a través del vidrio. Cuando la temperatura cambia, tales electrodos no causan grietas en el vidrio o pérdida de estanqueidad.

Capas protectoras intermedias. Para proteger contra la corrosión, la difusión mutua de metales durante el recubrimiento, se pueden formar capas intermedias de níquel. Las puntas de los soldadores modernos están protegidas por una capa de níquel, la punta del cobre desnudo se disuelve lentamente en estaño, perdiendo su forma.

Tungsteno

W: tungsteno. Metal refractario, punto de fusión 3422 grados Celsius, que determina su uso principal: filamentos y electrodos.

Ejemplos de aplicación

Filamento En las lámparas incandescentes, en las lámparas halógenas, la espiral está hecha de tungsteno, calentada por corriente eléctrica a calor blanco, manteniendo su forma. Además, los cátodos en los tubos de radio están hechos de tungsteno, pero no se calientan a temperaturas tan altas como las lámparas de iluminación, y un recubrimiento especial en el cátodo permite que la emisión termiónica proceda a bajas temperaturas.


Potente lámpara incandescente del proyector. Incluso el tungsteno refractario finalmente se evapora y se deposita en las paredes del matraz en forma de una capa oscura. Las lámparas halógenas se ven privadas de este inconveniente.


El filamento de esta lámpara halógena está hecho de tungsteno. El halógeno, generalmente pares de yodo, une químicamente el tungsteno que se evapora del filamento y lo devuelve al filamento, lo que permite aumentar la temperatura del filamento de la espiral y reducir el tamaño de la lámpara sin temor a que el tungsteno se asiente gradualmente en las paredes de la bombilla.

Electrodos de lámparas de arco y electrodos de soldadura. En las lámparas de arco de xenón, lámparas de arco de mercurio, los electrodos deben soportar la temperatura del arco eléctrico, sin derretirse y sin cambiar su forma, lo que solo es posible para el tungsteno. Además, los electrodos para la soldadura de electrodos no consumibles están hechos de tungsteno (soldadura TIG).

Ánodos de tubos de rayos X. El flujo de electrones desde el cátodo en el tubo de rayos X, acelerado por un alto voltaje, se inhibe al bombardear el ánodo, calentándolo mucho, por lo tanto, tales ánodos, especialmente si no tienen refrigeración por agua, a menudo están hechos de tungsteno. Sin embargo, en los laboratorios físicos, los ánodos de cobre o cobalto también se usan a menudo debido a las peculiaridades del espectro de rayos X de tales
ánodos

Fuentes

El tungsteno no es un material muy plástico, por lo que es poco probable que pueda enderezar una espiral de una lámpara incandescente y usarla como desee. Si de repente necesita una varilla de tungsteno, necesitará cualquier taller de soldadura, un electrodo para una antorcha TIG sin el contenido de lantano y otros aditivos. No es difícil comprar alambre para filamentos de equipos caseros en eBay.

Marca de color de electrodos:

• El verde es puro tungsteno.
• Rojo, naranja - tungsteno + torio (¡Radiactivo! No muela, no corte, ¡el polvo es peligroso!).
• Azul - tungsteno + una mezcla compleja.
• Negro, amarillo, azul - tungsteno + lantano.
• El gris es tungsteno + cerio.
• Blanco - tungsteno + circonio.

Mercurio

Hg - Mercurio. A temperatura ambiente, un metal brillante y líquido se acumula en bolas. Por razones medioambientales, el uso de mercurio se reduce, pero se usó ampliamente en electrodomésticos antiguos, por lo que vale la pena mencionarlo.

Como la mayoría de los metales, el mercurio forma aleaciones. Pero el mercurio, al ser líquido a temperatura ambiente, es capaz de alear con metales sin calentamiento adicional, disolviéndolos. Disuelto en mercurio metálico, una aleación de metal con mercurio se llama "amalgama".

Ejemplos de aplicación

Contacto de líquido en sensores de posición, termómetros de electrocontacto de mercurio.


Varios dispositivos de mercurio. A la izquierda hay un potente interruptor de mercurio que cierra / abre el circuito cuando está inclinado. A continuación, en chales negros, interruptores de mercurio chinos similares, sensores de posición de un kit para niños con Arduino. Arriba está la bombilla de un termómetro de contacto de mercurio. Los cables se funden en el vidrio para que a una temperatura de 70 ° C una columna de mercurio en el capilar cierre el circuito (la temperatura se indica en la caja).

En termómetros. El bajo punto de congelación, el alto punto de ebullición y el alto coeficiente de expansión térmica hacen del mercurio una de las sustancias más convenientes para termómetros de laboratorio y médicos. En los termómetros domésticos, el mercurio no se ha utilizado durante mucho tiempo.

En manómetros y barómetros. El mercurio es pesado, por lo tanto, para equilibrar la presión atmosférica, 70-80 cm de la altura de la columna de mercurio es suficiente. Aunque los barómetros de mercurio son en gran parte obsoletos, las unidades de medida de presión "milímetro de mercurio", y en la tecnología de vacío - "micras de mercurio" y "torr" (versión redondeada mmHg) se utilizan hasta el día de hoy. La presión atmosférica normal se considera 760 mm. Hg. Art.

En elementos normales. Batería ( un intento de alimentar un producto casero a partir de una batería de este tipo provocará un fallo: la batería tiene una gran resistencia interna (del orden de kOhms) y no está destinada a dar corrientes de más de centésimas de microamperio, e incluso entonces
se rompe ) con electrodos hechos de mercurio líquido, en los que se disuelven sulfatos de mercurio y cadmio, tiene una fem conocida y estable hasta unidades de microvoltios (teóricamente 1.018636 V a 20 ° C). Dichos elementos todavía se usan en metrología como fuentes de voltaje de referencia, aunque son suplantados por circuitos semiconductores. El recipiente con mercurio en el elemento normal está sellado, sin embargo, es de vidrio y contiene mucho mercurio. Por lo tanto, tenga cuidado si encuentra en algún lugar un recipiente redondo de hierro con tapa de baquelita, terminales y la inscripción "elemento normal" en la baquelita. Dentro, ella tiene un matraz de vidrio con sustancias muy peligrosas.



El elemento es saturado normal, NE-65, clase de precisión 0.005. La apariencia de la carcasa de los elementos normales puede variar. A continuación se muestra el contenido de la caja; el mercurio es visible en la parte inferior de los matraces. Dichos artículos deben ser eliminados por una organización especializada.

En bombas de vacío de difusión. Una corriente de vapor de mercurio que sale de la boquilla a alta velocidad captura las moléculas de aire y las saca del volumen bombeado. El vapor de mercurio se condensa luego enfriándolo con nitrógeno líquido y se usa nuevamente. Las bombas de este tipo alguna vez se usaron para bombear tubos de radio. Ahora, en lugar de mercurio, se usan aceites de silicona no tóxicos y libres de nitrógeno líquido, pero en
algunos laboratorios aún pueden encontrar viejos sistemas de mercurio.

El vapor de mercurio es el gas de trabajo de las lámparas fluorescentes. A pesar del hecho de que la lámpara fluorescente debe contener una pequeña cantidad de mercurio, en algunas lámparas se agrega mercurio desde el corazón, y se puede ver una bola de mercurio rodando en la bombilla. Los vapores de mercurio, cuando son excitados por la corriente eléctrica, emiten luz brillante, principalmente en las regiones azul y ultravioleta. Además de ellos, el espectro de mercurio contiene dobletes de color amarillo brillante y verde, por cuya presencia se puede distinguir fácilmente una lámpara de mercurio de cualquier otra al mirarla a través de un prisma o reflejo en un CD. Una lámpara especial de mercurio en los laboratorios se utiliza como fuente de luz verde con una longitud de onda conocida.

En poderosos tirtrones y rectificadores de mercurio. Se usa de la misma manera que en las lámparas de mercurio. Las potentes válvulas de mercurio se utilizaron ampliamente para alimentar locomotoras en ferrocarriles y otras tareas similares hasta la llegada de los dispositivos semiconductores.

Como solvente para metales en la separación de oro y platino de materias primas por amalgamación y en la fabricación de espejos. El mercurio se evapora, el metal permanece. A veces, este proceso se denomina incorrectamente "refinación", lo que lo confunde con una forma completamente diferente de separar los metales preciosos.

En mercurio contadores de tiempo. En la técnica anterior, el coulómetro capilar de mercurio se usaba como contador durante las horas que funcionaba el dispositivo. Brillante en simplicidad y fiabilidad de diseño. Por desgracia en mi colección esto no es así, pero aquí hay un buen video .

En amalgama empastes dentales. Encontrado hasta el día de hoy, especialmente en los Estados Unidos.

Toxicidad

Todos los productos que contienen mercurio deben ser eliminados por un servicio especializado. No deben desecharse con la basura doméstica para evitar que se acumule mercurio en el vertedero.

Todos los derrames de mercurio deben ser recolectados y las superficies desmercurizadas. El mercurio se evapora bien a temperatura ambiente, por lo que una bola de mercurio enrollada en la ranura envenena el aire durante mucho tiempo.

Desmercurización

Si tiene un producto de mercurio roto, siga los siguientes pasos:

1. Abra las rejillas de ventilación y proporcione ventilación.

2. Llame a un servicio especializado de desmercurización en su ciudad. Los profesionales no solo eliminarán adecuadamente el mercurio, sino que también medirán la concentración de vapor de mercurio
en el interior Si de repente en su ciudad no hubo servicio de desmercurización, está lejos de la civilización, entonces el proceso de desmercurización tendrá que continuar por su cuenta.

3. Recoja perlas de mercurio visibles en recipientes herméticos. Se ensamblan convenientemente junto con dos hojas de papel bien cortadas, fusionando bolas en recipientes preparados. Las bolas más pequeñas de mercurio de las ranuras se pueden extraer con una jeringa o un cepillo de metal que humedece el mercurio (como el cobre). Por supuesto, después de usar dicha "herramienta" se contaminará con mercurio y debe desecharse.

Luego, utilizando agentes químicos, el mercurio restante que no es visible para el ojo se convierte en sales no volátiles pero aún venenosas, que pueden eliminarse de la superficie de forma segura con detergentes. Para hacer esto, use una solución acuosa de permanganato de sodio al 0.2% ("permanganato de potasio") acidificada agregando 0.5% de ácido clorhídrico o una solución de cloruro férrico al 20% (la que envenena las placas). Contrariamente a las instrucciones de los libros antiguos, quedarse dormido en un sitio de derrame con polvo de azufre no es efectivo.

4. Enjuague completamente el área tratada con detergente y agua.

5. Todo el mercurio recolectado y los elementos contaminados deben empacarse herméticamente y llevarse a una organización especializada.

Lo que definitivamente no vale la pena hacer al derramar mercurio:

1. Pánico y prisa. A veces, en pequeños accidentes, el pánico y las prisas hacen más daño que el accidente mismo. Recuerdo la bicicleta grabada por Yu.A. Zolotov:

Una vez, cuando un profesor de la Universidad Estatal de Moscú, Aleksey Nikolaevich Kost, realizó un taller sobre química orgánica, uno de los estudiantes rompió un matraz con éter y sus vapores estallaron. El pánico comenzó, alguien vino corriendo con un extintor de dióxido de carbono y extinguió el fuego con dificultad. Todo este tiempo, Kost completamente tranquilo se sentó en su escritorio y habló con alguien. Luego, cuando todos se calmaron, él fue a la escena y ordenó:
- Partidos!
Le dieron una caja, encendió una cerilla y la arrojó a un charco de éter que aún no se había secado. El fuego volvió a encenderse, todos quedaron estupefactos. Y Kost, sin preocuparse, tomó una manta de fuego, hábilmente los cubrió con llamas y dijo:
- ¡Necesitas quemar hábilmente!

2. Intentando recolectar mercurio con una aspiradora, la aspiradora solo aplastará y evaporará las bolas de mercurio solo en modo turbo, como resultado, toda la habitación y la aspiradora se contaminarán con la ruta. Del mismo modo, no use escobas y cepillos para recoger mercurio, solo dispersan y trituran bolas de mercurio.

3. Drene mercurio en el lavabo o inodoro. El mercurio es mucho más pesado que el agua, por lo que se asentará permanentemente en la primera curva de la tubería, en el sello de agua o el codo.

Algunas palabras sobre toxicología del mercurio

Algunos jugaban bolas de mercurio en la infancia, y "no había nada con ellos". De hecho, contrario a la creencia popular, el mercurio metálico no es peligroso durante el contacto a corto plazo. La razón de la baja toxicidad del mercurio metálico es su escasa biodisponibilidad. Insoluble en agua y químicamente inerte, casi como los metales nobles, no puede ingresar rápidamente al cuerpo.

La inhalación de vapor de mercurio es peligrosa, y esta es casi la única forma en que ingresa al cuerpo. Tocar mercurio con los dedos no agrega ningún peligro adicional. Además, incluso la ingestión de mercurio generalmente tiene lugar sin consecuencias para la salud. El mercurio es químicamente inerte y abandona el cuerpo de forma natural.Por lo tanto, es la causa de un envenenamiento no agudo, sino crónico lento, que se manifiesta en un lento deterioro gradual de la salud y no siempre diagnosticado por los médicos a tiempo. Esto es precisamente lo que el mercurio es astuto: una pequeña bola rodada debajo del zócalo se evaporará y envenenará el aire del departamento durante años, y los residentes no entenderán por qué y por qué están enfermos.

Los compuestos de mercurio solubles son mucho más peligrosos y se forman cuando el mercurio de una forma u otra ingresa al cuerpo humano, animales o plantas. El récord de toxicidad pertenece al dimetilmercurio: es terriblemente tóxico para las sustancias conocidas por la humanidad, tan tóxico que a la primera oportunidad están buscando una alternativa menos peligrosa si se va a trabajar con ella. Una gota de dimetilmercurio puede matar a una persona a través de guantes de goma, y ​​los primeros síntomas de intoxicación pueden aparecer solo al día siguiente.
Si tira el mercurio fuera de casa, piense que el problema está solucionado, entonces está muy equivocado. El mercurio es un veneno acumulativo, capaz de acumularse en los organismos vivos y transmitirse más a lo largo de la cadena alimentaria. Un ejemplo de envenenamiento por mercurio humano es la enfermedad de Minamata. El mercurio de una lámpara fluorescente desechada envenenará a sus descendientes, si no a usted.

Información adicional

Si encuentra mercurio en cualquier lugar, no intente venderlo. El mercurio y sus sales se consideran sustancias tóxicas potentes (artículo 234 del Código Penal de la Federación de Rusia). Los instrumentos fabricados en fábrica que cumplen con las normas oficiales no se aplican a los dispositivos que contienen mercurio. El mercurio encontrado y los dispositivos defectuosos que contienen mercurio deben llevarse a servicios especializados en su ciudad para su procesamiento. La única fuente de mercurio ampliamente disponible (si de repente se necesita en un trabajo científico) son los termómetros médicos.

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