MATERIAA
Y PRZEWODZ
CE SPECJALNE
TERMOBIMETALE
Termobimetal to zwalcowane na gorÄ…co dwie blachy
stopowe, ró\
niące się współczynnikami rozszerzalności
cieplnej. W wyniku przepływu prądu następuje
podgrzanie elementu. Ró\
nice współczynników
rozszerzalności powodują, \
e między blachami powstają
naprÄ™\
enia wewnętrzne, powodujące wygięcie elementu
Termoregulator bimetaliczny;
w stronę metalu o mniejszym wsp. rozszerzalności.
1-taśma bimetaliczna (metal o małym -A i du\
ym  B współczynniku
rozszerzalności cieplnej,
2-zestyki,
Najczęściej stosowane materiały, to stopy \
elaza z niklem.
3-śruba regulacyjna.
Przykładowy zestaw to : inwar FeNi36 (ma mniejszy wsp.)
oraz stop FeNi25Mn6 (ma większy wsp.), o dopuszczalnej
temperaturze pracy 250ºC.
1 2
Współczynnik ugięcia Samoczynny wyłącznik z
wyzwalaczem termicznym do
silnika
termobimetal
Miarą odkształcalności paska termobimetalowego
asynchronicznego
jest współczynnik ugięcia, który określony jest jako
S
wielkość ugięcia w mm wolnego końca
jednostronnie zamocowanej blaszki o grubości
1 mm i dÅ‚ugoÅ›ci 100 mm, przy podgrzaniu o 1 ºC.
termobimetal
wyłącz załącz
S
100mm
1mm
wyłącz
załącz
Dla zestawu FeNi36 i FeNi25Mn6
wynosi on 0,145 mm/deg
3 4
KONTAKTOWA RÓśNICA POTENCJAA
ÓW
MATERIAA
Y TERMOELEKTRYCZNE
W niektórych materiałach występują silne zjawiska fizyczne Zerowy poziom energetyczny
zwane termoelektrycznymi, które polegają na wzajemnej
zale\
ności między procesami elektrycznymi i cieplnymi.
WFA
eÕk
Õ
Õ
Õ
Najbardziej znane, to zjawisko Seebecka.
WFB
elektrony
elektrony
szczelina
Metal A
Metal B
KONTAKTOWA RÓśNICA POTENCJAA
ÓW
Powstanie kontaktowej ró\
nicy potencjałów przez połączenie
dwóch metali A i B.
Między dwoma złączonymi metalami powstaje kontaktowa
Między dwoma złączonymi metalami powstaje kontaktowa
ró\
nica potencjałów.
ró\
nica potencjałów, której wielkość zale\
y od:
1. Pracy wyjścia elektronów z metalu.
5 6
2. Koncentracji elektronów w metalu.
1
energia
Wpływ koncentracji elektronów
Wpływ pracy
Metal A Metal B
wyjścia
Metal A Metal B
noA=noB
Koncentracja elektronów w jednostce objętości
Praca wyjścia WA>WB
Liczba przejść elektronów jest większa z metalu B do A
Koncentracja elektronów w metalu A jest większa ni\
w metalu B
Poniewa\
potencjał wyjścia V=W/e stąd VA>VB
noA>noB
Metal A Metal B
Między metalami powstaje ró\
nica potencjałów
(-)
(+)
kT kT kT noA
U" = lnnoA - lnnoB = ln
Między metalami powstaje ró\
nica potencjałów i pole przeciwdziałające AB
e e e noB
dalszym przejściom
WA - WB
Wypadkowa ró\
nica potencjałów
U' = VA - VB = UAB = U' + U''
AB AB AB
7 8
e
UT
ZJAWISKO SEEBECKA Złącza mają ró\
ne temperatury.
A
V
Po przerwaniu obwodu i włączeniu
1. Złącza mają jednakowe temperatury, stąd ró\
nica napięć między
złączami wynosi U12=0 i w układzie prąd T2 woltomierza, w układzie mo\
na
T1
metal A
I=0
zmierzyć istniejącą ró\
nicę napięć:
nie płynie.
B
T1=T2
T2
T1 I=0
kT1 nA kT2 nA
T1=T2
UT = VAB(T ) - VBA(T ) = ln - ln
metal B
1 2
e nB e nB
A
2. Złącza mają ró\
ne temperatury T1=T2
k nA
w układzie istnieje ró\
nica napięć
T2 UT = ln (T1 - T2)= Ä…(T1 - T2)
T1 I=0
i popłynie prąd elektryczny
e nB
B
gdzie: ą [V/deg]  współczynnik Seebecka, zale\
ny od materiału
9 i zakresu mierzonych temperatur 10
Zastosowanie
Wyznaczanie współczynnika Seebecka
Zjawisko Seebecka jest wykorzystywane w termometrach
termoelektrycznych tzw. termoparach lub termoelementach.
Wartość współczynnika Seebecka dla ró\
nych
Przy znanej temperaturze złącza np. T2 (mierzona zwykłym
metali i stopów jest równowa\
na jednostkowej
termometrem temperatura otoczenia), znanym wsp. Ä… oraz
STE tj. sile termoelektrycznej danego metalu
zmierzonym napięciu UT, mo\
na obliczyć temperaturę
drugiego złącza.
względem platyny, przy ró\
nicy temperatur złącz
równej 1ºC.
B
B
V
T1
A
UT îÅ‚µV Å‚Å‚
T2
Ä… =
ïÅ‚ degśł
temperatura "T ðÅ‚ ûÅ‚
element, którego
otoczenia, lub
temperaturÄ™ mierzymy
topniejÄ…cego lodu
11 12
2
WARTOÅšCI JEDNOSTKOWEJ STE DLA WYBRANYCH MATERIAA
ÓW
Na podstawie znanych wartości STE metali mo\
na
obliczyć STE dla pary. Przykładowo dla zestawu
oznaczenie \
elazo  konstantan Fe/Ko uzyskamy:
materiał skład STE Maksymalna
temperatura
µV/deg
pracy °C
chromel Ch Ni89Cr9,8Fe1Mn0,2 +27 1000
nichrom NiCr Ni80Cr20 +22 1000
STEFeKo=STEFePt-STEKoPt=+18-(-35)=53 µ
µV/deg
µ
µ
\
elazo Fe Fe +18 600
platyno-iryd PtIr Pt90Ir10 +13 1000
platyna Pt Pt 0 1300
W zale\
ności od zakresu mierzonych temperatur stosowane
konstantan Ko Cu60Ni40 -35 600
kopel K Cu56Ni44 -40 600
są następujące zestawy materiałów:
- od -200ºC do -600ºC  \
elazo/konstantan,
- do 1000ºC  nichrom/nikiel,
- do 2000ºC - wolframmolibden/molibden.
13 14
Materiały wykorzystane do budowy termoelementów powinny
charakteryzować się:
INNE MATERIAA
Y SPECJALNE
- wysoką czułością, tzn. du\
ą siłą termoelektryczną przy określonej
ró\
nicy temperatur,
- ciągła i liniową zale\
nością siły termoelektrycznej od temperatury, 1. SPOIWA I LUTY
- wysokÄ… temperaturÄ… topnienia,
- szerokim temperaturowym zakresem pracy ciągłej,
Lutowaniem (spajaniem) nazywa siÄ™ Å‚Ä…czenie metalowych
- odpornością na warunki otoczenia,
części za pomocą stopów nazywanych spoiwami lub lutami,
- stałością własności w czasie i ich powtarzalnością,
o temperaturze o co najmniej 150ºC ni\
szej od temperatury
- mo\
liwie małą rezystancją,
topnienia Å‚Ä…czonych metali.
Na wskazania wartości siły termoelektrycznej mają wpływ
Przed lutowaniem Å‚Ä…czone powierzchnie nale\
y oczyścić:
takie czynniki jak:
-mechanicznie za pomocą papieru ściernego lub pilnika,
- konstrukcja złącza,
-chemicznie, u\
ywając topników (kwasy, kalafonia, pasty).
-zewnętrzne warunki pracy,
Następnie nale\
y ogrzać łączone części i stopić spoiwo za
-niejednorodność materiałów, z których wykonano termopary,
pomocą lutownic, palników benzynowych lub acetylenowo-
- czas i temperatura pracy,
tlenowych.
dlatego nale\
y cechować termopary i wystrzegać się skalowania
miernika wartości siły termoelektrycznej w jednostkach temperatury.
15 16
2. Węgiel
RODZAJE SPOIW
W stanie czystym występuje w trzech odmianach
Miękkie o temperaturze topnienia poni\
ej 400ºC
alotropowych, w postaci:
-mają małą wytrzymałość (20-80MPa),
-stosowane są do połączeń szczelnych,
-sadzy (odmiana bezpostaciowa),
-przykÅ‚adowe spoiwa to cynowo-oÅ‚owiowe PbSn50 (209ºC),
otrzymywana w sposób sztuczny przez niezupełne
ZnSn40 (300ºC).
spalanie węglowodorów np. metanu,
Twarde o temperaturze topnienia powy\
ej 500ºC -diamentu (najtwardsze ze znanych ciaÅ‚, krystaliczne),
-mają większą wytrzymałość (200-500MPa), występuje w stanie naturalnym, otrzymywany jest te\

-stosowane są do połączeń szczelnych, przenoszących w sposób sztuczny,
obciÄ…\
enia,
-grafitu (krystaliczny), występuje w stanie naturalnym,
-przykładowe spoiwa to mosię\
ne CuZn37 (910ºC),
wytwarzany te\
przemysłowo. Uzyskiwany jest z antracytu,
srebrne AgCu25Zn2 (715ºC), miedziane CuAg1
koksu lub sadzy w procesie grafityzacji. Proces polega
(1070ºC).
na długotrwałym pra\
eniu surowców w bardzo wysokich
temperaturach (2200-3000ºC), bez dostÄ™pu powietrza.
17 18
3
FULLERENY
Zastosowanie w elektrotechnice znalazł tylko grafit 
Jest to niedawno odkryta
składnik tzw. węgli elektrotechnicznych. Stosowany na:
odmiana węgla, uzyskana
- szczotki w maszynach elektr.
przez bombardowanie grafitu
- elektrody hutnicze,
promieniem lasera w atmosferze
- proszki mikrofonowe,
helu.
- oporniki elektryczne i inne.
Prowadzone prace zmierzajÄ…
do zastosowania fullerenów
Własności węglografitów:
Model czÄ…steczki
w technice półprzewodnikowej
- rezystywność tego samego rzędu w szerokim zakresie
fullerenu C60
bÄ…dz
w nadprzewodnictwie.
temperatur (10-3&!cm),
&!
&!
&!
- wysoka temperatura sublimacji (2700-3500 K),
- dobre własności mechaniczne do 3500 K,
- nieaktywność chemiczna do 900 K,
- dobre przewodnictwem cieplnym,
19 20
3. Ołów 5. Cynk
Metal miękki, o du\
ej gęstości, słaby mechanicznie, Odporny na korozję atmosferyczną ( na powierzchni powstaje
łatwotopliwy, nieodporny na kwasy organiczne plastyczny, warstwa zasadowego węglanu cynkowego Zn2C3(OH)2),
odporny na działanie wody, tlenu, kwasów nieorganicznych. niedrogi.
Stosowany na: Stosowany na:
- powłoki kabli, - powłoki antykorozyjne,
- płyty akumulatorów, - kubeczki w ogniwach galwanicznych,
- armaturę kwasoodporną. - składnik mosiądzu.
4. Wolfram
Metal ciÄ™\
ki, trudno topliwy, bardzo twardy, trudnoobrabialny, 6. Cyna
odporny na korozjÄ™ w stanie zimnym. W podwy\
szonej Metal słaby mechanicznie, o temp. topnienia 232 C,
temperaturze utlenia się (WO3). odporny na czynniki atmosferyczne, odporny na działanie
Stosowany na: wody, tlenu, kwasów i substancje organiczne.
- \
arniki \
arówek (pracują w temp. białego \
aru 2500ºC, Stosowany na:
w obojętnej atmosferze (argon, azot), - powłoki przewodów z miedzi pokrywanych gumą,
- elementy grzejne pieców oporowych itd. - składnik brązów i lutów miękkich.
21 22
4