Провідникові залізо і сталь

У природі залізо знаходиться в різних з'єднаннях з киснем (F ЄВ, F е2 O 3 і ін.). Виділити хімічно чисте залізо з цих сполук надзвичайно важко. По електричних і магнітних властивостях до хімічно чистого заліза наближається залізо, очищене від домішок електролітичним способом (електролітичне залізо). Загальна кількість домішок в електролітичному залозі не перевищує 0,03%.

Основними домішками в залозі є: кисень (О 2), азот (N2), вуглець (С), сірка (S), фосфор (Р), кремній (Si), марганець (М n) і деякі інші. Більшість домішок потрапляють в залізо з руди і палива.

Кремній і марганець спеціально вводяться в залізо в якості розкислювачів. Вони легко з'єднуються з киснем і утворюють оксиди, які в розплавленому залізі (стали) спливають на поверхню у вигляді шлаку і видаляються. Цим покращують механічні властивості сталей, але, залишаючись в невеликій кількості в стали, вони знижують її електропровідність.

Сірка і фосфор - шкідливі домішки. Потрапляючи в залізо і сталь з руди і палива, вони викликають крихкість сталей. Гази (азот і кисень) - теж шкідливі домішки, так як вони погіршують електричні і магнітні властивості заліза і сталей.

Домішкою, різко знижує електропровідність заліза, є вуглець. Сплави заліза з вуглецем називаються сталями. Крім вуглецю, в сталях містяться інші елементи, що вводяться спеціально з метою отримання тих чи інших властивостей (легуючі елементи).

Залізо і сталь - найбільш дешеві й доступні провідникові матеріали, що володіють високою механічною міцністю при розтягуванні, але їх застосування обмежується наступними недоліками.

Залізо і сталь мають низьку корозійну стійкість, т. Е. Вони легко окислюються на повітрі - іржавіють. Крім того, мають підвищеним питомим опором (р = 0,13 - 0,14 ом х мм 2 / м) в порівнянні з міддю і алюмінієм. Електричний опір у заліза і сталі на змінному струмі сильно зростає, оскільки залізо і сталь є магнітними матеріалами. Тому струм в більшій мірі витісняється з середньої частини дроти до його поверхні (поверхневий ефект).

Для зниження цього ефекту і величини електричного опору змінному струмі намагаються застосовувати стали з можливо меншою величиною магнітної проникності.

Для захисту від атмосферної корозії сталеві дроти покривають тонким шаром міді або цинку (0,016 - 0,020 мм).

Сталевий дріт і шини застосовують також як осердя в біметалевих провідниках, що забезпечують значну економію провідникової міді. Біметалічні провідники застосовують в електричних апаратах (рубильники. Контактори та ін.).

Мал. 1. Поперечний перетин біметалічні дроти

Мал. 2. Поперечний перетин біметалічного дроту сталеалюмінієвого дроти: 1 - алюмінієвий дріт, 2 - сталевий дріт

Сталева оцинкований дріт з великою механічною міцністю при розтягуванні (130 - 170 кг / мм 2) використовується як осердя в сталеалюмінієвих проводах для підвищення їх механічної міцності на розрив.