Un guide des matériaux électriques pour tout le monde. 2e partie

Conseils continus sur les matériaux électriques. Dans cette partie, nous continuons à démonter les conducteurs: fer, or, nickel, tungstène, mercure.


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Le fer

Fe est du fer. Le principal matériau structurel de l'industrie est également utilisé en génie électrique. La mauvaise conductivité par rapport au cuivre est compensée par un prix très bas. Et, ce qui est plus important en Russie, moins attrayant pour les chasseurs de métaux, la mise à la terre d'un épais tuyau rouillé durera plus longtemps sans protection pour un beau bus en cuivre.

Dans la technologie, le fer est utilisé presque exclusivement sous forme d'alliages avec de la fonte au carbone et des aciers. Les propriétés des aciers de différentes qualités sont très différentes: de l'outil doux à l'outil dur.

Exemples d'application

Matériel. Les vis, les rondelles, les écrous en acier sont fabriqués en grandes quantités sur un équipement spécialement conçu à cet effet. Le matériel d'autres métaux est très rare et beaucoup plus cher. Par conséquent, dans la plupart des cas, la pointe en cuivre du fil de cuivre sera tirée vers le bus en cuivre avec un boulon en acier. La haute résistance de l'acier est également importante; ne serrez pas le boulon en cuivre avec de l'acier. Faites attention aux chiffres sur la tête du boulon: ils indiquent sa résistance. Plus le nombre est élevé, plus le boulon peut être serré fort.

Blocs de jonction, connecteurs. Les "écrous" bien connus contiennent des plaques d'acier avec un revêtement protecteur contre la corrosion. De plus, l'utilisation d'acier est nécessaire pour éviter la corrosion galvanique lors de la connexion des fils de cuivre et d'aluminium.


Connecteur "écrou". À l'intérieur de la gaine en plastique, un ensemble de plaques en acier avec vis vous permet de dériver l'âme du câble sans couper l'âme elle-même. Il vous permet également de passer de l'aluminium au cuivre.

Boucles de masse Les exigences de sécurité électrique obligent à fournir une mise à la terre. Souvent, dans des conditions industrielles, le bus de mise à la terre est en acier laminé, fixé le long du périmètre du mur. La mauvaise conductivité électrique de l'acier est compensée par la grande section transversale du conducteur. Dans de nombreux cas, les règles et normes de sécurité exigent que les pièces de mise à la terre soient en acier spécifiquement pour des raisons de résistance mécanique.


La bande d'acier enveloppant la colonne est le bus de terre.

Les propriétés magnétiques de l'acier sont largement utilisées - les noyaux des transformateurs et des selfs sont assemblés à partir de plaques d'acier.

Inconvénients

La corrosion Le fer rouille, tandis que la densité de la rouille est inférieure à la densité du fer d'origine, de ce fait, la structure gonfle . Par conséquent, le fer est recouvert de revêtements protecteurs - galvanisation, étamage, chromage, peinture, etc. Différentes nuances d'acier sont sensibles à la corrosion à des degrés divers, et selon la loi de la méchanceté, ce sont celles qui sont le plus facilement traitées sur les machines qui rouillent le plus.

De l'or

Au - Or. Le métal précieux le plus stupide. C'est la technologie la moins utilisée de tous les métaux précieux, mais c'est un symbole de richesse. Étonnamment plus cher que le platine (2017), qui manque de bon sens et n'est que le résultat de spéculations.

Exemples d'application

Revêtements de contact. Du fait que l'or ne s'oxyde pas dans l'air, les contacts sont recouverts d'une très fine couche d'or.


Placage d'or sur divers composants électroniques: placage sur les contacts de la carte pour une installation dans la fente, placage sur les contacts des boutons à membrane du téléphone mobile, placage sur les broches du processeur.

Protection contre la corrosion. Certaines applications critiques utilisent un placage d'or pour protéger les conducteurs de la corrosion (principalement militaire). Autrefois, le placage à l'or était le seul moyen de protéger les composants électroniques de la corrosion dans la jungle, de nombreux composants radio anciens ont même des boîtiers plaqués or. Et maintenant, ils remplissent généralement le plateau avec un composé dans une «brique».

Faits intéressants sur l'or

• L'or est l'un des quatre métaux qui ont une teinte à l'état non oxydé. Tous les autres métaux sont blancs (l'or et le césium sont jaunâtres, le cuivre est rougeâtre et doré dans les alliages, l'osmium a une teinte bleue).
• La densité de l'or diffère légèrement de la densité du tungstène (19,32 g / cm ³ pour l'or, 19,25 g / cm ³ ), elle est utilisée pour contrefaire les lingots d'or, recouvrant le lingot de tungstène d'une couche d'or. C'est peut-être l'une des raisons pour lesquelles les Américains ne permettent à personne de vérifier l'authenticité de leurs réserves d'or. Et c'est peut-être pour cela qu'ils n'ont pas donné leur or à l' Allemagne tout de suite.
• Il est possible d'extraire de l' or chimiquement d'une montagne de vieux appareils électroniques, mais ce n'est pas toujours économiquement faisable et est poursuivi par la loi (articles 191, 192 du Code pénal de la Fédération de Russie).

Nickel

Ni - Nickel. Un métal merveilleux, mais dans la technologie électronique, la principale application - comme alternative bon marché aux contacts dorés. Si le contact est recouvert de métal blanc brillant, il s'agit très probablement de nickel.

Exemples d'application

Placage de contact. Il est appliqué sur le cuivre, le plastique, pour un contact fiable et à des fins décoratives. Les Chinois avides établissent parfois des contacts en plastique, les recouvrant d'une couche de nickel et de chrome, semblent normaux à l'extérieur, même comment cela fonctionne, mais il n'est pas question de fiabilité.


Divers connecteurs nickelés pour un contact fiable.


Au connecteur à droite, pour économiser le métal, le noyau de la broche est creux avec un remplissage en plastique. Un tube en laiton nickelé à partir duquel la broche est faite n'est pas la pire option.

Le courant passe aux lampes. L'alliage de platine (46% Ni, 0,15% C, le reste est Fe) ne contient pas de platine, mais a une valeur de dilatation thermique linéaire très proche du platine, ce qui permet de réaliser des électrodes fiables traversant le verre. Lorsque la température change, ces électrodes ne provoquent pas de fissuration du verre ni de perte d'étanchéité.

Couches protectrices intermédiaires. Pour protéger contre la corrosion et la diffusion mutuelle des métaux pendant le revêtement, des couches intermédiaires de nickel peuvent être formées. Les pointes des fers à souder modernes sont protégées par une couche de nickel, la pointe du cuivre nu se dissout lentement dans l'étain, perdant sa forme.

Tungstène

W - Tungstène. Métal réfractaire, point de fusion 3422 degrés Celsius, qui détermine son utilisation principale - filaments et électrodes.

Exemples d'application

Filament. Dans les lampes à incandescence, dans les lampes halogènes, la spirale est en tungstène, chauffée par le courant électrique à la chaleur blanche, tout en conservant sa forme. De plus, les cathodes dans les tubes radio sont en tungstène, mais elles ne chauffent pas à des températures aussi élevées que les lampes d'éclairage, et un revêtement spécial sur la cathode permet à l'émission thermo-ionique de se poursuivre à basses températures.


Lampe à incandescence puissante du projecteur. Même le tungstène réfractaire finit par s'évaporer et se dépose sur les parois du ballon sous la forme d'un revêtement foncé. Les lampes halogènes sont privées de cet inconvénient.


Le filament de cette lampe halogène est en tungstène. L'halogène, généralement de la vapeur d'iode, lie chimiquement le tungstène qui s'évapore du filament et le renvoie au filament, ce qui permet d'augmenter la température du filament de la spirale et de réduire la taille de la lampe sans craindre que le tungstène ne se dépose progressivement sur les parois de l'ampoule.

Électrodes de lampes à arc et électrodes de soudage. Dans les lampes à arc au xénon, les lampes à arc au mercure, les électrodes doivent résister à la température de l'arc électrique, sans fondre et sans changer de forme, ce qui n'est possible que pour le tungstène. De plus, les électrodes pour le soudage à l'électrode non consommable sont en tungstène (soudage TIG).

Anodes de tubes à rayons X. Le flux d'électrons de la cathode dans le tube à rayons X, accéléré par une haute tension, est inhibé en bombardant l'anode, en la chauffant beaucoup.Par conséquent, ces anodes, surtout si elles n'ont pas de refroidissement par eau, sont souvent en tungstène. Cependant, dans les laboratoires physiques, des anodes en cuivre ou en cobalt sont également souvent utilisées en raison des particularités du spectre des rayons X de ces
anodes.

Les sources

Le tungstène n'est pas un matériau très plastique, il est donc peu probable que vous puissiez redresser une spirale d'une lampe à incandescence et l'utiliser comme vous le souhaitez. Si vous avez soudainement besoin d'une tige de tungstène, vous aurez besoin de n'importe quel atelier de soudage, d'une électrode pour une torche TIG sans le contenu de lanthane et d'autres additifs. Il n'est pas difficile d'acheter du fil pour des filaments d'équipement fait maison sur eBay.

Marquage couleur des électrodes:

• Le vert est du tungstène pur.
• Rouge, orange - tungstène + thorium (Radioactif! Ne pas broyer, ne pas couper - la poussière est dangereuse!).
• Bleu - tungstène + un mélange complexe.
• Noir, jaune, bleu - tungstène + lanthane.
• Le gris est tungstène + cérium.
• Blanc - tungstène + zirconium.

Mercure

Hg - Mercure. A température ambiante, un métal liquide brillant se rassemble en boules. Pour des raisons environnementales, l'utilisation du mercure est réduite, mais il était largement utilisé dans les appareils plus anciens, il convient donc de le mentionner.

Comme la plupart des métaux, le mercure forme des alliages. Mais le mercure, étant liquide à température ambiante, est capable de s'allier avec des métaux sans chauffage supplémentaire, les dissolvant. Dissous dans le mercure métallique, un alliage de métal et de mercure est appelé «amalgame».

Exemples d'application

Contact liquide dans les capteurs de position, thermomètres à électrocontact au mercure.


Divers appareils au mercure. Sur la gauche se trouve un puissant interrupteur au mercure qui ferme / ouvre le circuit lorsqu'il est incliné. Ci-dessous sur des châles noirs - interrupteurs au mercure chinois similaires - capteurs de position d'un kit pour enfants avec Arduino. Au-dessus se trouve l'ampoule d'un thermomètre à contact au mercure. Les fils sont fondus dans le verre de sorte qu'à une température de 70 ° C une colonne de mercure dans le capillaire ferme le circuit (la température est indiquée sur le boîtier).

Dans les thermomètres. Le faible point de congélation, le point d'ébullition élevé et le coefficient de dilatation thermique élevé font du mercure l'une des substances les plus pratiques pour les thermomètres de laboratoire et médicaux. Dans les thermomètres domestiques, le mercure n'a pas été utilisé depuis très longtemps.

En manomètres et baromètres. Le mercure est lourd, par conséquent, pour équilibrer la pression atmosphérique, 70 à 80 cm de la hauteur de la colonne de mercure sont suffisants. Bien que les baromètres à mercure soient en grande partie tombés en désuétude, les unités de mesure de pression "millimètre de mercure", et dans la technologie du vide - "microns de mercure" et "torr" (version arrondie mmHg) sont utilisées à ce jour. La pression atmosphérique normale est considérée comme 760 mm. Hg. Art.

Dans les éléments normaux. Batterie ( Une tentative d'alimenter un produit fait maison à partir d'une telle batterie entraînera un échec - la batterie a une grande résistance interne (de l'ordre de plusieurs kOhms) et n'est pas destinée à donner des courants de plus de centièmes de microampère, et même alors
les pauses. ) avec des électrodes en mercure liquide, dans lesquelles les sulfates de mercure et de cadmium sont dissous, a une emf connue et stable jusqu'à des unités de microvolts (théoriquement 1,018636 V à 20 ° C). Ces éléments sont encore utilisés en métrologie comme sources de tension de référence, bien qu'ils soient supplantés par les circuits semi-conducteurs. Le récipient contenant du mercure dans l'élément normal est scellé, mais il est en verre et contient beaucoup de mercure. Par conséquent, soyez prudent si vous trouvez quelque part un pot en fer rond avec un couvercle en bakélite, des bornes et l'inscription "élément normal" sur la bakélite. A l'intérieur, elle a un flacon en verre avec des substances très dangereuses.



L'élément est saturé normal, NE-65, classe de précision 0,005. L'apparence du boîtier des éléments normaux peut varier. Ci-dessous le contenu de l'étui; le mercure est visible au fond des flacons. Ces articles doivent être éliminés par une organisation spécialisée.

Dans les pompes à vide à diffusion. Un flux de vapeur de mercure quittant la buse à grande vitesse capture les molécules d'air et les extrait du volume pompé. La vapeur de mercure se condense ensuite par refroidissement à l'azote liquide et est réutilisée. Des pompes de ce type étaient autrefois utilisées pour pomper des tubes radio. Maintenant, au lieu du mercure, des huiles de silicone non toxiques et sans azote liquide sont utilisées, mais
certains laboratoires peuvent encore trouver d'anciens systèmes au mercure.

La vapeur de mercure est le gaz de travail des lampes fluorescentes. Malgré le fait que la lampe fluorescente devrait contenir une petite quantité de mercure, dans certaines lampes, du mercure est ajouté du cœur, et vous pouvez voir une boule de mercure rouler dans l'ampoule. Les vapeurs de mercure, lorsqu'elles sont excitées par le courant électrique, émettent une lumière vive, principalement dans les régions bleues et ultraviolettes. En plus d'eux, le spectre du mercure contient des doublets jaune vif et vert, par la présence desquels une lampe au mercure peut être facilement distinguée des autres en la regardant à travers un prisme ou une réflexion dans un CD. Une lampe au mercure spéciale dans les laboratoires est utilisée comme source de lumière verte avec une longueur d'onde connue.

Dans des thyratrons puissants et des redresseurs au mercure. Il est utilisé de la même manière que dans les lampes au mercure. Des vannes au mercure puissantes étaient largement utilisées pour alimenter les locomotives sur les chemins de fer et d'autres tâches similaires jusqu'à l'avènement des dispositifs à semi-conducteurs.

Comme solvant pour les métaux dans la séparation de l'or et du platine des matières premières par fusion et dans la fabrication de miroirs. Le mercure s'évapore, le métal reste. Parfois, ce processus est appelé à tort «raffinage», le confondant avec une manière complètement différente de séparer les métaux précieux.

En mètres de temps de mercure. Dans l'ancienne technique, le coulomètre capillaire au mercure était utilisé comme compteur pour les heures de fonctionnement de l'appareil. Brillant dans la conception de simplicité et de fiabilité. Hélas dans ma collection ce n'est pas le cas, mais voici une bonne vidéo .

Dans les obturations dentaires en amalgame. Trouvé à ce jour, surtout aux États-Unis.

Toxicité

Tous les produits contenant du mercure doivent être éliminés par un service spécialisé. Ils ne doivent pas être jetés avec les ordures ménagères pour empêcher le mercure de s'accumuler dans la décharge.

Tous les déversements de mercure doivent être collectés et les surfaces démercurisées. Le mercure s'évapore bien à température ambiante, donc une boule de mercure roulée dans la fente empoisonnera l'air pendant longtemps.

Démercurisation

Si vous avez cassé un produit contenant du mercure, procédez comme suit:

1. Ouvrez les évents et assurez la ventilation.

2. Appelez un service de démercurisation spécialisé dans votre ville. Les professionnels élimineront non seulement correctement le mercure, mais mesureront également la concentration de vapeur de mercure
à l'intérieur. Si tout à coup dans votre ville il n'y avait pas de service de démercurisation, vous êtes loin de la civilisation, alors le processus de démercurisation devra se poursuivre par vous-même.

3. Collectez les billes de mercure visibles dans des récipients hermétiques. Ils sont commodément assemblés avec deux feuilles de papier bien coupées, fusionnant les boules dans des conteneurs préparés. Les plus petites boules de mercure des fentes peuvent être retirées avec une seringue ou une brosse en métal qui mouille le mercure (comme le cuivre). Bien sûr, après avoir utilisé un tel "outil", il sera contaminé par du mercure et devra être éliminé.

Ensuite, à l'aide d'agents chimiques, le mercure restant qui n'est pas visible à l'œil est converti en sels non volatils mais toujours toxiques, qui peuvent être éliminés en toute sécurité de la surface avec des détergents. Pour ce faire, utilisez une solution aqueuse à 0,2% de permanganate de sodium ("permanganate de potassium") acidifié en ajoutant 0,5% d'acide chlorhydrique ou une solution à 20% de chlorure ferrique (celle avec laquelle les planches empoisonnent). Contrairement aux instructions des vieux livres, s'endormir sur un site de déversement avec de la poudre de soufre n'est pas efficace.

4. Rincez soigneusement la zone traitée avec du détergent et de l'eau.

5. Tout le mercure collecté et les articles contaminés doivent être hermétiquement emballés et confiés à un organisme spécialisé.

Ce qui ne vaut vraiment pas la peine de faire couler du mercure:

1. Panique et précipitation. Parfois, dans les petits accidents, la panique et la précipitation font plus de mal que l'accident lui-même. Je me souviens du vélo enregistré par Yu.A. Zolotov:

Une fois, lorsqu'un professeur de l'Université d'État de Moscou Aleksey Nikolaevich Kost a animé un atelier sur la chimie organique, l'un des étudiants a cassé un flacon d'éther et ses vapeurs se sont déclenchées. La panique a commencé, quelqu'un est venu en courant avec un extincteur à dioxyde de carbone et a éteint l'incendie avec difficulté. Pendant tout ce temps, Kost s'est assis calmement à son bureau et a parlé avec quelqu'un. Puis, quand tout le monde s'est calmé, il est allé sur les lieux et a ordonné:
- Matchs!
Ils lui ont donné une boîte, il a frappé une allumette et l'a jetée dans une flaque d'éther qui n'avait pas encore séché. Le feu s'est rallumé, tout le monde était abasourdi. Et Kost, sans faire d'histoires, a pris une couverture anti-feu, les a habilement couverts de flammes et a dit:
- Vous devez graver habilement!

2. En essayant de collecter le mercure avec un aspirateur, l'aspirateur n'écrasera et n'évaporera les billes de mercure qu'en mode turbo, par conséquent, toute la pièce et l'aspirateur lui-même seront contaminés par du ruta. De même, n'utilisez pas de balais et de brosses pour collecter le mercure - ils ne font que disperser et écraser les boules de mercure.

3. Videz le mercure dans l'évier ou les toilettes. Le mercure étant beaucoup plus lourd que l'eau, il se déposera de façon permanente dans le premier coude du tuyau - dans le joint étanche à l'eau ou le coude.

Quelques mots sur la toxicologie du mercure

Certains jouaient aux boules de mercure dans leur enfance et "il n'y avait rien avec eux". En effet, contrairement à la croyance populaire, le mercure métallique n'est pas dangereux lors d'un contact de courte durée. La faible toxicité du mercure métallique s'explique par sa faible biodisponibilité. Insoluble dans l'eau et chimiquement inerte, presque comme les métaux nobles, il ne peut pas pénétrer rapidement dans l'organisme.

L'inhalation de vapeur de mercure est dangereuse, et c'est presque la seule façon dont elle pénètre dans le corps. Toucher du mercure avec vos doigts n'ajoute aucun danger supplémentaire. De plus, même l'ingestion de mercure a généralement lieu sans conséquences sur la santé. Le mercure est chimiquement assez inerte et quitte le corps naturellement. , , . : , , , , .

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Liens vers des parties du manuel:

1 : Conducteurs: argent, cuivre, aluminium.
2 : Conducteurs: fer, or, nickel, tungstène, mercure.
3 : Conducteurs: carbone, nichromes, alliages thermostables, soudures, conducteurs transparents.
4 : Diélectriques inorganiques: porcelaine, verre, mica, céramique, amiante, gaz et eau.
5 : Diélectriques semi-synthétiques organiques: papier, lessive, paraffine, huile et bois.
6 : Diélectriques synthétiques à base de résines phénol-formaldéhyde: carbolite (bakélite), getinax, textolite.
7 : Diélectriques: fibre de verre (FR-4), tissu verni, caoutchouc et caoutchouc dur.
8 : Plastiques: polyéthylène, polypropylène et polystyrène.
9 : Plastiques: polytétrafluoroéthylène, polychlorure de vinyle, polyéthylène téréphtalate et silicones.
10 : Plastiques: polyamides, polyimides, polyméthacrylate de méthyle et polycarbonate. Histoire de l'utilisation des plastiques.
11 : Rubans et tubes isolants.
12 : Finale