金属材料的电导率-常用金属的导电率-碳钢的导电性能

作者:董经理¹³³³⁷⁸⁸³⁰⁸⁶ 更新时间:2023-08-15 点击数:

1. 什么是电导率?

电导率(electrical conductivity)。电导率是物体传导电流的能力。电导率测量仪的测量原理是将两块平行的极板,放到被测溶液中,在极板的两端加上一定的电势(通常为正弦波电压),然后测量极板间流过的电流。根据欧姆定律,电导率(G)--电阻(R)的倒数,是由电压和电流决定的。

电导率的基本单位是西门子(S),原来被称为姆欧,取电阻单位欧姆倒数之意。因为电导池的几何形状影响电导率值,标准的测量中用单位电导率S/m来表示,以补偿各种电极尺寸造成的差别。单位电导率(C)简单的说是所测电导率(G)与电导池常数(L/A)的乘积.这里的L为两块极板之间的液柱长度,A为极板的面积。

(1)定义或解释 电阻率的倒数为电导率。σ=1/ρ

(2)单位:在国际单位制中,电导率的单位是西门子/米,即S/m。

(3)说明 电导率的物理意义是表示物质导电的性能。

电导率越大则导电性能越强,反之越小。

导电率 


2. 电导率的说明

1)跟电阻率一样,电导率与温度比较相关。金属的电导率随着温度的增高而降低。半导体的电导率随着温度的增高而增高。 

2)在一段温度值域内,电导率可以被近似为与温度成正比。为了要比较物质在不同温度状况的电导率,我们必须设定一个共同的参考温度。电导率与温度的相关性,时常可以表达为,电导率对上温度线图的斜率,用方程写为 

导电率 

最常见的水的温度补偿斜率大约为 2%/°C 。但是,它可以在 (1 ~3)%/°C 值域之间。这数值与地球化学有关,可以很容易地在实验室里测量出来。 


3. 水的电导率和电阻率之间的测量方法

1.水的电阻率是指某一温度下,边长为1cm正方体的相对两侧间的电阻,单位为Ω.cm或MΩ.cm。电导率为电阻率的倒数,单位为S/cm(或μs/cm)。水的电阻率(或电导率)反映了水中含盐量的多少。是水的纯度的一个重要指标,水的纯度越高,含盐量越低,水的电阻率越大(电导率越小)。 

2.水的电阻率(或电导率)受水的纯度、温度及测量中各种因素的影响,纯水电阻率(或电导率)的测量是选择动态测量方式,并采用温度补偿的方法将测量值换算成25℃的电阻率,以便于进行计量和比较。 


4. 影响金属材料电导率的因素有

(1)温度:电导率与温度具有很大相关性。金属的电导率随着温度的增高而降低。在一段温度值域内,电导率可以被近似为与温度成正比。为了要比较物质在不同温度状况的电导率,必须设定一个共同的参考温度。电导率与温度的相关性,时常可以表达为,电导率对上温度线图的斜率。 

(2)掺杂程度:固态半导体的掺杂程度会造成电导率很大的变化。增加掺杂程度会造成高电导率。 

(3)各向异性:有些物质会有异向性 (anisotropic) 的电导率,需用 3 X 3 矩阵来表达(使用数学术语,第二阶张量,通常是对称的) 


阶段,随着我国工业的迅速发展,金属材料在许多方面得到了广泛的应用。而电导率作为金属材料的一个重要特性,对其精确的测定在一定程度上有利于金属材料的进一步发展。不同金属材料有不同的理化性质,因而其电导率的检测也有不同的方法,同时高温金属电导率的测量较为复杂。所以,在实际的测定过程中,我们一定要尊重客观的条件,实事求是,从资金设备或实验员的专业素质等因素出发选择最适合的测量方法。


导体是否容易导电?主要体现在“电的传导率”或“导电率”。下表是常用金属的导电率(金属的导电率越大越容易导电).

序号金属导电率(X10 6S/M)备注
1银 Ag62.9                         
2铜 Cu59.5             
3金 Au45.2                 
4铝 AI37.7                 
5镁 Mg22.6              
6钨 W18.9                         
7钼 Mo17.5               
8锌 Zn16.6
9钴 Co15.7
10镍 Ni14.3
11钾 K13.9
12锂 Li10.8
13铁 Fe10.0
14铂 Pt9.6
15锡 Sn9.2
16铬 Cr7.8
17铅 Pb9.6
18钛 Ti2.3
19锰 Mn2.1




常用金属材料的电阻率(电阻率的倒数就是电导率,自行换算吧)

常用金属材料的电阻率及电阻温度系数.png


5. 碳钢的导电性能

一、碳钢的导电性能

碳钢作为一种含碳量较高的铁合金材料,其导电性能较差,但并不是完全没有导电能力。根据相关研究,碳钢的电导率通常在10^-6至10^-7 S/m之间,相对于铜等良好导体来说较低。

碳钢的导电性能与其化学组成、晶体结构、织构和温度等因素有关。一般来说,碳钢中的杂质元素会影响其导电性能,如硅、锰等元素会降低其电导率。此外,碳钢的晶体结构和织构也会影响导电性能,晶体结构复杂或存在晶界,会导致电阻增加,进而降低导电性能。

二、碳钢导电性能的应用

尽管碳钢的导电性能较差,但在某些特定应用中仍然有其价值。例如,由于碳钢的磁性,它可以用于制造电动机和变压器等电力设备的磁芯。此外,在一些低电压电气设备中,碳钢也可以用作接地线。

三、结论

总之,碳钢是一种不理想的导体,但其导电性能并非完全为零。在实际应用中,我们需要根据具体情况综合考虑其导电性能及其他性能指标,选择合适的材料。


6. 碳钢 20#钢 的电导率/导电性能

碳钢的典型钢号:20号钢,也被称为低碳钢,是一种常见的金属材料,在许多工业领域得到了广泛应用。它的电导率是衡量其导电性能的重要指标之一。20号钢的电导率,以及它在工程和科学领域的应用,并对如何有效提高20号钢的电导率提出一些建议。


20号钢的电导率是什么。电导率是指材料导电能力的度量,单位是西门子/米(S/m)。

20号钢的电导率相对较低,约为56万S/m。这是因为20号钢主要由铁和一些碳、硅、锰等元素组成,这些元素对电流的传导能力有一定的抑制作用。 


然而,20号钢仍然被广泛应用于电力工程、建筑和汽车行业等领域。在电力工程中,20号钢常用于制造输电线路和变压器,虽然它的电导率不如铜或铝,但具有较高的强度和耐磨性。在建筑领域,20号钢被用于梁、柱等结构材料,其导电能力足以满足大多数建筑电气设备的要求。在汽车行业,20号钢被广泛用于制造车身和发动机零部件,以其强度和耐腐蚀性能受到赞誉。 


虽然20号钢的电导率较低,但我们可以采取一些措施来提高其导电性能。首先,可以通过增加导电性元素的含量来提升电导率,例如添加铝、铜等。其次,可以通过氧化热处理等工艺来改善晶界结构,减少电流的阻碍。此外,提高20号钢的纯度,减少杂质含量也有助于提升导电能力。


7. 金属电导率与导电率的区别及检测标准

电导率σ,全称体积电导率,是体积电阻率的倒数,也称为电导系数,单位为西门子/米(S/m)或者兆西门子/米(MS/m)。

导电率是指该试样的电导率与某一标准值比值的百分数。1913年,国际退火铜标准确定:采用密度为8.89g/cm3、长度为1m、重量为1g、电阻为0.15328Ω的退火铜线作为测量标准。在20℃温度下,上述退火铜线的电阻系数为0.017241Ω·mm2/m(或电导率为58.0MS/s)时确定为100%IASC(国际退火铜标准),其他任何材料的电导率(%IACS)可用公式计算:

导电率(%IACS)= 0.017241/ρ×100%

或:

导电率(%IACS)= σ/58.0×100%

其中,ρ为体积电阻率(电阻系数),体积电阻率是指单位横截面积、单位长度金属导体的电阻值,单位为Ω·mm2/m(或Ω·m)


影响金属材料电导率的因素有

  • (1)温度:电导率与温度具有很大相关性。金属的电导率随着温度的增高而降低。在一段温度值域内,电导率可以被近似为与温度成正比。为了要比较物质在不同温度状况的电导率,必须设定一个共同的参考温度。电导率与温度的相关性,时常可以表达为,电导率对上温度线图的斜率。

  • (2)掺杂程度:固态半导体的掺杂程度会造成电导率很大的变化。增加掺杂程度会造成高电导率。

  • (3)各向异性:有些物质会有异向性 (anisotropic) 的电导率,需用 3 X 3 矩阵来表达(使用数学术语,第二阶张量,通常是对称的)


体积电阻率常用测试标准:

《金属材料电阻系数测量方法》GB/T 351

《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》GB/T 1410

《电工钢片(带)的密度、电阻率和叠装系数的测量方法》GB/T 19289

《圆线同心绞架空导线》 GB/T1179 5.6.5

《钢芯铝绞线用稀土锌铝合金镀层钢丝》YB/T184 4.8

《铝包钢丝电阻率铝包钢丝》 YB/T123 6.5


现阶段,随着我国工业的迅速发展,金属材料在许多方面得到了广泛的应用。而电导率作为金属材料的一个重要特性,对其精确的测定在一定程度上有利于金属材料的进一步发展。不同金属材料有不同的理化性质,因而其电导率的检测也有不同的方法,同时高温金属电导率的测量较为复杂。在电导率和导电率的测试过程中,一定要本着实事求是的态度,尊重客观条件,严谨、认真、追求细节,将误差降到最低。

金属材料的电导率-常用金属的导电率-碳钢的导电性能(图4)

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