Αντίσταση κραμάτων

Υπάρχουν πολλά μέταλλα και πολλά περισσότερα κράματα πολλών μετάλλων.

Τα πρώτα τεχνητά κράματα από ανθρώπινα μεταλλουργικά πειράματα δημιουργήθηκαν (με βάση αρχαιολογικά κατάλοιπα) από περίπου το 3000 έως το 2500 π.Χ.

Είναι κυρίως μπρούτζος επειδή τα μέταλλα από τα οποία αποτελείται (χαλκός και κασσίτερος) υπάρχουν (σε αφθονία) στη φυσική τους κατάσταση και δεν απαιτούν εξαγωγή από το μετάλλευμα.

Ο χρυσός και το ασήμι είναι μέταλλα που υπάρχουν σε αφθονία στη φύση και για το λόγο αυτό είναι γνωστά από την 5η χιλιετία π.Χ., γι' αυτό και πολύ συχνά αναμειγνύονται, ιδίως για να αλλάξουν το χρώμα ή τη σκληρότητα του χρυσού.

Θεωρητικά, υπάρχει άπειρος αριθμός κραμάτων. Η βασική διαδικασία είναι απλή: απλά ζεσταίνουμε δύο ή περισσότερα μέταλλα μέχρι να φτάσουν στο κατάλληλο σημείο τήξης, μετά τα ανακατεύουμε σύμφωνα με τις σωστές δόσεις και αρχίζουμε να τα ψύχουμε.

Έτσι, αρκεί να αλλάξετε έστω και ελαφρώς τη δοσολογία των συστατικών για να δημιουργήσετε ένα νέο κράμα που έχει μοναδικές ιδιότητες.Επιπλέον, οι συνθήκες παραγωγής του νέου κράματος είναι επίσης καθοριστικές: αρκεί, για παράδειγμα, να αλλάξει το σημείο τήξης, οι συνθήκες ψησίματος ή ακόμα και ο χρόνος ψύξης.

Η εξάρτηση της αντίστασης των κραμάτων από τη σύνθεσή τους έχει πολύ διαφορετικό χαρακτήρα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το κράμα είναι μια συλλογή από πολύ μικρούς κρυστάλλους των δύο μετάλλων που αποτελούν το κράμα. Κάθε μέταλλο κρυσταλλώνεται ανεξάρτητα το ένα από το άλλο, μετά από το οποίο οι κρύσταλλοι του αναμιγνύονται ομοιόμορφα και μάλλον τυχαία στο κράμα.

Πρόκειται για τον μόλυβδο, τον κασσίτερο, τον ψευδάργυρο και το κάδμιο, τα οποία αναμειγνύονται με οποιονδήποτε τρόπο. Η αντίσταση τέτοιων κραμάτων σε διαφορετικές συγκεντρώσεις βρίσκεται μεταξύ των ακραίων τιμών της αντίστασης των καθαρών μετάλλων, δηλαδή είναι πάντα μικρότερη από το μεγαλύτερο από αυτά και μεγαλύτερη από το μικρότερο.

Λεπτομέρειες μεταλλικής αντίστασης: Τι καθορίζει την αντίσταση ενός αγωγού

Άλλο ένα χρήσιμο άρθρο: Βασικές ιδιότητες μετάλλων και κραμάτων

Το παρακάτω σχήμα δείχνει γραφικά την εξάρτηση της ειδικής αντίστασης ενός κράματος ψευδαργύρου-κασσιτέρου από τη συγκέντρωση όγκου των δύο μετάλλων.

Η τετμημένη δείχνει τους όγκους του κασσίτερου ως ποσοστό του μοναδιαίου όγκου του κράματος, δηλ. τετμημένη 60 σημαίνει ότι μια μονάδα όγκου κράματος περιέχει 0,6 όγκους κασσίτερου και 0,4 όγκο ψευδάργυρου. Η τεταγμένη δείχνει τις τιμές ειδικής αντίστασης του κράματος πολλαπλασιασμένες επί 106.

Δεδομένου ότι τα καθαρά μέταλλα συντελεστές αντίστασης θερμοκρασίας είναι ποσότητες ίδιας τάξης κοντά στο συντελεστή διαστολής των αερίων, είναι προφανές ότι τα κράματα της υπό εξέταση ομάδας έχουν συντελεστές ίδιας τάξης.

Σε πολλές άλλες περιπτώσεις, τα κράματα των δύο μετάλλων είναι μια ομοιογενής μάζα που αποτελείται από μικρούς κρυστάλλους που αποτελούνται από άτομα των δύο μετάλλων.

Μερικές φορές τέτοιοι μικτοί κρύσταλλοι μπορούν να σχηματιστούν από άτομα των δύο μετάλλων σε οποιαδήποτε αναλογία, μερικές φορές τέτοιοι σχηματισμοί είναι δυνατοί μόνο σε ορισμένες περιοχές συγκέντρωσης.

Έξω από αυτές τις περιοχές τα κράματα είναι παρόμοια με εκείνα της πρώτης ομάδας που μόλις εξετάσαμε, με τη διαφορά ότι είναι ένα μείγμα κρυστάλλων του καθαρού μετάλλου και κρυστάλλων μικτού τύπου που αποτελούνται από άτομα και των δύο τύπων.

Η ειδική αντίσταση των κραμάτων αυτού του τύπου είναι συνήθως μεγαλύτερη από την ειδική αντίσταση των δύο μετάλλων.

Το παρακάτω σχήμα δείχνει γραφικά την εξάρτηση από τη συγκέντρωση της ειδικής αντίστασης ενός κράματος χρυσού και αργύρου που σχηματίζει μεικτούς κρυστάλλους σε κάθε συγκέντρωση. Η μέθοδος κατασκευής της καμπύλης είναι η ίδια με την καμπύλη στο προηγούμενο σχήμα.

Η αντίσταση του καθαρού αργύρου στη γραφική παράσταση είναι 1,5 * 10-6, του καθαρού χρυσού 2,0 * 10-8... Με το κράμα ίσων όγκων των δύο μετάλλων (50%), παίρνουμε ένα κράμα με αντίσταση 10,4 * 10- 6.

Οι συντελεστές θερμοκρασίας αντίστασης για τα κράματα αυτής της ομάδας είναι γενικά χαμηλότεροι από ό,τι για καθένα από τα μέταλλα που αποτελούν το κράμα.

Το παρακάτω σχήμα δείχνει γραφικά την εξάρτηση του συντελεστή θερμοκρασίας ενός κράματος χρυσού και αργύρου από τη συγκέντρωση χρυσού.

Στην περιοχή των συγκεντρώσεων από 15% έως 75%, ο συντελεστής θερμοκρασίας αντίστασης δεν υπερβαίνει το ένα τέταρτο του ίδιου συντελεστή καθαρών μετάλλων.

Ορισμένα κράματα τριών μετάλλων έχουν τεχνική σημασία.

Το πρώτο από αυτά τα κράματα, η μαγγανίνη, όταν υποβάλλεται σε κατάλληλη επεξεργασία, έχει συντελεστή θερμοκρασίας μηδέν, με αποτέλεσμα το σύρμα μαγγανίνης να χρησιμοποιείται για την κατασκευή γεμιστήρες αντίστασης ακριβείας.

Ένα κράμα νικελίου, χρωμίου, με προσθήκες μαγγανίου, πυριτίου, σιδήρου, αλουμινίου (νικρώμιο) είναι το πιο κοινό υλικό για την παραγωγή διαφόρων θερμαντικών στοιχείων.

Περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με αυτόν τον τύπο κραμάτων: Nichromes: ποικιλίες, σύνθεση, ιδιότητες και χαρακτηριστικά

Τα υπόλοιπα κράματα (constantan, nickeline, nickel silver) χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ρυθμιστικών ρεοστατών επειδή έχουν σημαντική αντίσταση και οξειδώνονται σχετικά λίγο στον αέρα σε αυτές τις μάλλον υψηλές θερμοκρασίες που έχουν συχνά τα καλώδια ρεοστάτη.

Για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τα τριμερή κράματα που χρησιμοποιούνται πιο συχνά στην ηλεκτρική βιομηχανία, δείτε εδώ:Υλικά υψηλής αντοχής, κράματα υψηλής αντοχής

Είναι καλύτερο να αναζητήσετε συγκεκριμένες τιμές αντίστασης διαφόρων κραμάτων σε ειδικά βιβλία αναφοράς ή να προσδιορίσετε πειραματικά, καθώς μπορεί να διαφέρουν πολύ.

Ως παράδειγμα, δίνουμε τις τιμές της ηλεκτρικής αντίστασης και της θερμικής αγωγιμότητας των κραμάτων Mg-Al και Mg-Zn:

Σε αυτή την εργασία, διερευνάται η ηλεκτρική ειδική αντίσταση και η θερμική αγωγιμότητα των δυαδικών κραμάτων Mg — Al και Mg — Zn στο εύρος θερμοκρασίας από 298 K έως 448 K και αναλύεται η σχέση μεταξύ της αντίστοιχης ηλεκτρικής αγωγιμότητας και της θερμικής αγωγιμότητας των κραμάτων.

Δείτε επίσης: Τα πιο κοινά αγώγιμα υλικά σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις