Oi Giktayms! Decidi publicar em partes o meu guia de materiais usados ​​não apenas na engenharia elétrica, mas também em geral na engenharia, incluindo trabalhadores caseiros. Com uma descrição, exemplos de aplicação, notas sobre o trabalho. O manual foi escrito da maneira mais simples possível e ficará claro para todos, desde o aluno até o idoso.

Nesta parte, começamos a desmontar os condutores - prata, cobre, alumínio.



Bem-vindo ao gato (TRÁFEGO)

Uma introdução que geralmente ninguém lê

Vasculhando vários livros sobre ciência dos materiais, manuais de treinamento e livros científicos em busca de respostas para minhas perguntas, fiquei horrorizado com o quanto o estilo acadêmico de apresentação ergue um muro entre aqueles que querem aprender e conhecer. No que diz respeito ao desejo dos autores de contornar arestas, lugares escuros transformam os livros em um deserto homogêneo e interminável de tédio e desespero. Além disso, o nível transcendental de abstração torna extremamente difícil para um neófito usar o conhecimento adquirido na prática. Então eu decidi fazer o meu guia, com garotas de blackjack e pródigas.

Este guia é animado, pois você recebe novos materiais, esclarecimentos, comentários de vocês, queridos leitores, que serão complementados, alterados e se tornarão melhores. Sempre a versão mais recente do manual está no meu site em resumo.Eu apoio o movimento Open Source e Open Hardware com as duas mãos, acho que o compartilhamento de conhecimento deve ser gratuito, beneficiará a todos, portanto o manual é licenciado sob Creative Commons 3.0 BY-NC- SA, o que significa que você pode fazer qualquer coisa com ele: fazer upload, distribuir, modificar, observando apenas três restrições:

• O link para mim é obrigatório (incluindo trabalhos derivados).
• Você não pode ganhar dinheiro com minha mesada sem um acordo comigo (proibição de uso comercial).
• Todos os trabalhos derivados devem ser distribuídos nas mesmas condições.

Os benefícios deste manual:

• O texto inteiro foi escrito por mim e complementado pelas pessoas maravilhosas mencionadas na seção Agradecimentos. Não incluí informações cuja confiabilidade ou relevância duvidei. Portanto, a parcela de bobagens no texto é, em média, menor do que nos textos de marketing de revendedores-fornecedores, mas maior do que em um bom livro soviético.
• Pelo menos senti a maioria dos materiais, usei-os em meus desenhos e não os vi apenas na foto.
• O manual é completamente (para ser completamente honesto - com exceção de uma figura que eu tinha que desenhar o que era capaz de fazer). Preparado usando produtos OpenSource (Linux, GIMP, LibreOffice, contexto). Apenas por interesse esportivo.
• Algumas seções têm um ponto "Fontes" - dicas para encontrar materiais - onde comprar, com que nomes procurar. Obviamente, tudo pode ser comprado no Aliexpress e no Ebay, portanto essa opção não é indicada. O item pode ser útil se o material for necessário "aqui e agora".

Ao publicar o guia aqui, realmente espero uma abundância de críticas construtivas e acréscimos de vocês, queridos leitores.


Vamos lá!

Condutores

O século XX é a era dos plásticos. Antes do advento de uma ampla gama de materiais poliméricos sintéticos, os seres humanos usavam metais e materiais de origem natural na construção - madeira, couro, etc. Hoje, estamos cheios de produtos plásticos, de louças descartáveis ​​a peças pesadas de motores de automóveis. O plástico é, em muitos aspectos, superior aos metais, mas nunca os substituirá completamente, portanto a história começa com os metais. Centenas de livros são dedicados aos metais; a disciplina dedicada a eles é chamada "ciência do metal".

Estamos interessados ​​em metais em termos de tecnologia eletrônica. Como condutores, como parte de dispositivos eletrônicos. Todas as outras aplicações - por exemplo, como materiais estruturais, ainda não foram incluídas neste manual.

A principal propriedade dos metais na tecnologia eletrônica é a capacidade de conduzir bem a corrente elétrica. Vejamos a tabela de resistividade de vários metais:

De metal	Resistividade ohm * mm2 / m
Prata	0,015 ... 0,0162
Cobre	0,01724 ... 0,018
Ouro	0,023
Alumínio	0,0262 ... 0,0295
Irídio	0,0474
Tungstênio	0,053 ... 0,055
Molibdênio	0,054
Zinco	0,059
Níquel	0,087
Ferro	0,098
Platina	0,107
Estanho	0,12
Lead	0,217 ... 0,227
Titanium	0,5562 ... 0,7837
Bismuto	1,2

Vemos os líderes da nossa lista: Ag, Cu, Au, Al.

Prata

Ag - prata. Metal precioso. A prata é o mais barato dos metais preciosos, mas, no entanto, é muito caro para fabricar fios. Condutividade 5% melhor em comparação ao cobre, com uma diferença de preço de quase 100 vezes.

Exemplos de aplicação

Sob a forma de revestimentos de condutores na tecnologia de microondas. Devido ao efeito de pele , a corrente de alta frequência flui ao longo da superfície do condutor, e não em sua espessura, de modo que um revestimento fino do guia de ondas com prata proporciona um aumento maior na condutividade do que o revestimento de prata do condutor para corrente direta.

Em ligas de grupos de contato. Os contatos de potência, relés de sinal, disjuntores e interruptores são geralmente feitos de uma liga contendo prata. A resistência à transição desse contato é menor que o cobre, é menos propensa a oxidação. Como o contato geralmente é miniatura, o custo dessa pequena adição de prata ao custo do produto é insignificante. Embora, ao descartar um grande número de relés, o custo da prata torne aconselhável trabalhar com cortadores laterais para separar os contatos em uma pilha para refino subsequente.


Contatos do relé de potência em 16 Amperes. De acordo com a documentação do fabricante
Os contatos contêm prata e cádmio.


Vários relés. O relé superior tem até uma caixa prateada com uma pátina característica. O conteúdo de metais preciosos nos produtos fabricados na URSS foi indicado nos passaportes dos produtos.

Como aditivo em soldas. Soldas de alta qualidade (duras e moles) geralmente contêm prata.

Revestimentos condutivos em dielétricos. Por exemplo, para obter uma área de contato com cerâmica, é aplicada uma suspensão de partículas de prata, seguida de cozimento no forno (método de "queima").

Componente de adesivos e tintas eletricamente condutoras. Tinta condutora frequentemente
conter uma suspensão de partículas de prata. À medida que a tinta seca, o solvente
evapora, as partículas da solução estão se aproximando, se unindo e criando condutores
pontes sobre as quais a corrente pode fluir. Um bom vídeo de receita para criar tais
tinta.

Desvantagens

Apesar de a prata ser um metal nobre, ela oxida em um meio contendo
enxofre:
4Ag + 2H ₂ S + O ₂ → 2Ag ₂ S + 2H ₂ O

Um revestimento escuro é formado - "pátina". Além disso, a borracha pode servir como fonte de enxofre.
Este fio em isolamento de borracha e contatos banhados a prata - uma má combinação.
A prata escura pode ser limpa quimicamente . Ao contrário de pastas abrasivas (incluindo pasta de dente), este é o método de limpeza mais suave que não deixa arranhões.

Cobre

Cu é cobre. O metal principal dos condutores atuais. Enrolamentos de motor, fios isolados, pneus, condutores flexíveis - na maioria das vezes isso é cobre. O cobre não é difícil de reconhecer por sua característica cor avermelhada. O cobre é bastante resistente à corrosão.

Exemplos de aplicação

Fios. O principal uso de cobre em sua forma pura. Qualquer aditivo reduz a condutividade elétrica, de modo que o núcleo dos fios é geralmente cobre puro.


Fios trançados flexíveis de vários tamanhos.

Condutores flexíveis. Se os condutores para dispositivos estacionários podem, em princípio, ser feitos de qualquer metal, os condutores flexíveis são quase sempre feitos apenas de cobre, o alumínio é muito frágil para esses fins. Eles contêm muitas veias finas de cobre.

Dissipadores de calor. O cobre conduz corrente não apenas 56% melhor que o alumínio, mas também tem quase o dobro da boa condutividade térmica. Tubos de calor, radiadores, placas de distribuição de calor são feitos de cobre. Como o cobre é mais caro que o alumínio, os radiadores costumam ser compostos, o núcleo de cobre e o restante de alumínio mais barato.


Radiadores de refrigeração da CPU. A haste central é feita de cobre, remove bem o calor do cristal do processador e um radiador de alumínio com aletas desenvolvidas já resfria a própria haste.

Na fabricação de placas de circuito impresso. As placas de circuito impresso, em qualquer dispositivo eletrônico, são feitas de uma placa dielétrica na qual é colada uma folha de cobre. Todas as conexões entre os elementos da placa de circuito impresso são feitas de trilhos de folhas de cobre.

Técnica de vácuo ultra-alto. De metais e ligas, apenas aço inoxidável e cobre são adequados para câmaras de vácuo ultra-altas em instrumentos como aceleradores de partículas ou espectrômetros de raios-X. Todos os outros metais no vácuo evaporam levemente e estragam o vácuo.

Ânodos de tubos de raios-x. A análise de raios-X requer radiação monocromática de raios-X. Sua fonte é frequentemente cobre irradiado por elétrons (linha espectral Cu Kα), que também remove perfeitamente o calor. Se for necessária outra radiação (Co ou Fe), ela é obtida a partir de um pequeno pedaço do metal correspondente em um imenso dissipador de calor de cobre. Tais ânodos são sempre resfriados com água corrente.

Fatos interessantes sobre o cobre

• O cobre é um metal bastante caro, então fabricantes inescrupulosos tentam economizar nele. Subestime a seção transversal dos fios (quando 0,75 mm2 são escritos, mas na verdade 0,11 mm2). O alumínio é pintado "como cobre" nos enrolamentos; externamente, o enrolamento se parece com cobre, mas se o isolamento é raspado, verifica-se que é feito de alumínio. Tanto os fabricantes chineses quanto os domésticos pecam nisso: um cabo com seção transversal de 2,5 mm2 pode se tornar uma seção transversal de 2,3 mm2, portanto a margem de segurança e controle de entrada não será supérflua. Obviamente, a confiabilidade do contato nas conexões elétricas de um núcleo com seção transversal de 2,3 mm2, projetada para um núcleo de 2,5 mm2, será baixa.
• O cobre torna a chama verde, essa propriedade foi usada para detectar cobre no minério quando a análise química não estava disponível. Um traço verde na chama é um indicador da presença de cobre. (mas nem sempre, os íons boro podem dar uma cor verde à chama)
  
  
• O cobre é um metal macio, mas se você adicionar pelo menos 10% de estanho ao cobre, obtém uma liga dura e elástica - bronze. Foi o domínio da obtenção do bronze que serviu de nome para a era histórica - a Idade do Bronze. A adição de berílio ao cobre fornece bronze de berílio - uma liga elástica durável a partir da qual são feitos os contatos da mola.
• O cobre é um dos poucos metais macios com alto ponto de fusão; portanto, as juntas de vedação são feitas de cobre, por exemplo, para alta temperatura ou tecnologia de vácuo. Por exemplo, a junta do bujão do cárter de um motor de carro.
• Durante o processamento mecânico (por exemplo, desenho), o cobre é compactado e fica rígido. Para restaurar a suavidade e ductilidade originais, o cobre é "recozido" em uma atmosfera protetora, aquecido a 500-700 ° C e mantido por algum tempo. Portanto, alguns produtos de cobre são duros e outros macios, como tubos de cobre.
• O cobre não produz faíscas. Para trabalhar em locais explosivos, como um gasoduto, use uma ferramenta intrinsecamente segura, uma ferramenta de aço revestida com uma camada de cobre ou uma ferramenta feita de ligas de cobre - bronze. Se uma ferramenta dessas bater acidentalmente em uma superfície de aço, não produzirá faíscas perigosas.
• Como o coeficiente de temperatura de resistência do cobre puro é conhecido, os termômetros de resistência são fabricados a partir de cobre (tipo TCM - Termômetro de resistência de cobre, também existe TSP - Termômetro de resistência de platina). Um termômetro de resistência é um resistor finamente fabricado enrolado em fio de cobre. Medindo sua resistência, é possível determinar sua temperatura com bastante precisão pela tabela ou pela fórmula.

Alumínio

Al - Alumínio. "Metal alado" é o quarto mais condutor depois de prata, ouro e cobre.
Embora o alumínio conduza corrente quase uma vez e meia pior que o cobre, é 3,4 e três vezes mais leve
vezes mais barato. E se calcularmos a condutividade, o condutor de cobre equivalente de
o alumínio será 6,5 vezes mais barato! O alumínio deslocaria o cobre como um condutor em todos os lugares se
não seria um par de suas propriedades desagradáveis, mas mais do que isso em deficiências.

O alumínio puro, como o ferro puro, praticamente não é usado em tecnologia (exceções
- fios e folhas). Qualquer item de “alumínio” consiste em algum tipo de liga de alumínio. As ligas podem conter silício, magnésio, cobre, zinco e outros metais. Suas propriedades diferem muito, e isso deve ser levado em consideração no processamento. A seguir, são apresentados alguns dos tipos mais comuns de alumínio:

• 1199. 99,99% de alumínio puro. Isso acontece quase exclusivamente na forma de papel alumínio.
• 1050 e 1060. 99,5% e 99,6% líquidos, respectivamente. Devido à sua alta condutividade térmica, às vezes é usado como material para radiadores. Macio, fácil de dobrar. Fios, papel alumínio, pratos.
• 6061 e 6082. Ligas: 6061 - Si 0,6%, Mg 1,0%, Cu 0,28%, 6082 - Si, Mg, Mn. O primeiro é mais comum nos EUA, o segundo - na Europa. Moinho fácil de moer. O melhor material para produtos caseiros. Durável. Fácil de soldar, soldado por ligas de brasagem. Fácil de anodizar. Ele se dobra muito. Não é adequado para fundição.
• 6060. Composição: Mg, Si. É mais macio que 6061 e 6082, enquanto o corte é ligeiramente “plasticina”, para o qual os torneiros não gostam. É generalizado e barato, não tem outras vantagens especiais. Um perfil de liga de alumínio barato tem uma boa chance de ser um.
• 5083. Liga com magnésio (> 4% Mg). Excelente resistência à corrosão, resistente à água do mar. Uma das melhores opções para peças que trabalham na chuva. Também pode ser encontrado em uma loja de materiais de construção, juntamente com outras marcas semelhantes.
• 44400, ele também é chamado Silumin. Liga com uma grande porcentagem de silício (Si> 8%). Fundição. Baixo ponto de fusão, durante a brasagem, o risco de derreter a própria peça. Frágil, quebra quando dobrado. Na fratura, cristais característicos são visíveis.
• 7075. 2,1-2,9% de Mg, 5,1-6,1% de Zn, 1,2-1,6% de Cu. Uma liga muito peculiar, de cor ainda diferente (o filme de óxidos é levemente dourado). Surpreendentemente difícil para o alumínio, comparável em dureza ao aço macio. Mal anodizado. Não solde solda. Não solda de forma alguma. Não dobra nem forja. Não é adequado para fundição. É processado perfeitamente e é perfeitamente polido. Bom para itens críticos. Usado para parafusos em bicicletas, em armas (o material de muitas partes do rifle M16).

A temperatura de fusão relativamente baixa (660 ° C para puro, menos de 600 ° C para ligas fundidas) de alumínio permite fundir peças em formas de areia sob condições
garagem / oficina. No entanto, muitas marcas de alumínio não são adequadas para fundição.

Exemplos de aplicação

Fios. O alumínio é barato, então cabos de energia espessos, SIP , linhas de energia são vantajosos para fabricar a partir de alumínio. Em casas antigas, a fiação do apartamento é feita de fio de alumínio (desde 2001, a PUE proíbe o uso de fio de alumínio em apartamentos, apenas cobre, consulte a edição PUE 7 da cláusula 7.1.34). Além disso, o alumínio não é usado como condutor em aplicações críticas.


À esquerda é um fio de alumínio velho. À direita estão os cabos de alumínio de várias seções,
adequado para colocar no chão. Em particular, um andar inteiro do edifício foi conectado ao cabo de energia elétrica à direita. O cabo, além da bainha de borracha externa, possui uma fita de aço blindada para proteger o isolamento subjacente de danos, por exemplo, com uma pá durante a escavação.

Dissipadores de calor. Não apenas as baterias domésticas são feitas de alumínio, mas também os radiadores
microchips, processadores, feitos de alumínio.


Vários radiadores de alumínio.

Casos de dispositivos. O gabinete do disco rígido do seu computador é fundido em liga de alumínio. Uma pequena adição de silício melhora as propriedades de resistência do alumínio, a liga de silumin é o caso de discos rígidos, eletrodomésticos, caixas de engrenagens, etc.

Alumínio anodizado (alumínio em que um filme de óxido é eletroquimicamente
mais espessa e mais forte na superfície) é bem pintada e bonita. Óxido
o filme (Al ₂ O ₃ - pedras preciosas rubis e safiras são feitas da mesma substância) é bastante duro e resistente ao desgaste, mas infelizmente o alumínio embaixo é macio e quebra como gelo na água sob forte influência.

Telas. A blindagem eletromagnética é geralmente feita de papel alumínio ou folha de alumínio fina. Você pode fazer um experimento simples, um telefone celular
envolto em papel alumínio perderá a rede - será blindado.

Revestimento reflexivo em espelhos. 89% ( , ) ( 98%, - ). , .


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Fontes

Em grandes lojas de construção (OBI, Leroy Merlin, Castorama) geralmente existe um perfil de alumínio em diferentes tamanhos e formas. Uma boa fonte pode ser as panelas de alumínio estampadas - é muito barato e existem várias formas. Mas preste atenção às marcas. Se você precisar de 6061 e principalmente de 7075, precisará comprá-lo de uma empresa especializada em metais.

Links para partes do manual:

1 : Condutores: Prata, Cobre, Alumínio.
2 : Condutores: Ferro, Ouro, Níquel, Tungstênio, Mercúrio.
3 : Condutores: carbono, nichromes, ligas termoestáveis, soldas, condutores transparentes.
4 : Dielétricos inorgânicos: porcelana, vidro, mica, cerâmica, amianto, gás e água.
5 : Dielétricos semi-sintéticos orgânicos: papel, soda cáustica, parafina, óleo e madeira.
6 : Dielétricos sintéticos à base de resinas fenol-formaldeído: carbolita (baquelita), getinax, textolita.
7 : Dielétrico: fibra de vidro (FR-4), tecido envernizado, borracha e borracha dura.
8 : Plásticos: polietileno, polipropileno e poliestireno.
9 : Plásticos: politetrafluoretileno, cloreto de polivinil, tereftalato de polietileno e silicones.
10 : Plásticos: poliamidas, poliimidas, polimetilmetacrilato e policarbonato. História do uso de plásticos.
11 : Fitas e tubos de isolamento.
12 : Final