Сплав манганин

Свойства манганина

Основные свойства манганин приобретает во время термообработки. Изначально сплав не подвержен внутренней деформации. По этой причине его кристаллическая решетка с течением времени практически не изменяется.

На механические, химические и физические параметры металла влияет его химический состав. Для этого материала характерно высокое процентное содержание меди (84%). Также в нем присутствует большое количество различных смесей из марганца (12%) и никеля (4%). При таком соотношении веществ металл становится наиболее термостойким. Температура плавления сплава составляет 960 °C. В данном случае сопротивление изменяется на 0,05% в год. Многие производители при изготовлении сплава, вместо никеля, добавляют в него кобальт. Это позволяет уменьшить стоимость материала без изменения его основных характеристик. Если вместо меди использовать серебро, то металл приобретет белый окрас. При этом его химические свойства сохранятся.

В отличие от остальных термостойких сплавов, манганин обладает низкой термической ЭДС (0,9 мВ — 1 мВ/°C). Но он уступает по показателям удельного сопротивления и предельной рабочей температуры. Сравнительная характеристика термостойких сплавов представлена в следующей таблице: Сравнительная таблица сплавов

Наименование материала	Удельное сопротивление, Ом/м	Термическая ЭДС, мВ/°C	Максимальная рабочая температура, °C	Температура плавления, °C
Манганин	450	2	100 – 200	960
Константан	480	50	450 – 500	1260
Нихром	1000	110	1000	1100

Манганин отличается от константана и нихрома следующими свойствами:

• низкая устойчивость к коррозии в атмосфере с повышенным содержанием кислот из аммиака;
• высокая чувствительность к влажности воздуха;
• устойчивость к физическим деформациям с течением времени.

Технология производства данного прецизионного материала была разработана в 1889 г. на территории Германии. В России он производится в соответствии с ГОСТ 492-2006.

ГОСТ 492-2006 Никель, сплавы никелевые и медно-никелевые, обрабатываемые давлением

1 файл 467.66 KB Металл производится в виде пластин, листов, полос и проволочных механизмов небольшого размера. Для получения этого материала используют хлористые слои железа и марганца. Полученный раствор промывается, высушивается и нагревается. После этого вещество сплавляется с медью в магнезиальных тиглях или электрических печах

При производстве важно, чтобы в него не попали частицы углерода, снижающие величину сопротивления манганина

Удельное электрическое сопротивление

Сопротивление в омах проводника длиной 1 м, сечением 1 мм² называется удельным сопротивлением

и обозначается греческой буквойρ (ро).

В таблице 1 даны удельные сопротивления некоторых проводников.

Таблица 1

Удельные сопротивления различных проводников

Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,13 Ом. Чтобы получить 1 Ом сопротивления нужно взять 7,7 м такой проволоки. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро. 1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм². Серебро – лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,0175 Ом. Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.

Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.

Сопротивление проводника можно определить по формуле:

где r

– сопротивление проводника в омах;ρ – удельное сопротивление проводника;l – длина проводника в м;S – сечение проводника в мм².

Пример 1.

Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм².

Пример 2.

Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм².

Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.

Пример 3.

Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 Ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм². Определить необходимую длину проволоки.

Пример 4.

Определить сечение 20 м нихромовой проволоки, если сопротивление ее равно 25 Ом.

Пример 5.

Проволока сечением 0,5 мм² и длиной 40 м имеет сопротивление 16 Ом. Определить материал проволоки.

Материал проводника характеризует его удельное сопротивление.

По таблице удельных сопротивлений находим, что таким сопротивлением обладает свинец.

Выше было указано, что сопротивление проводников зависит от температуры. Проделаем следующий опыт. Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки и включим эту спираль в цепь аккумулятора. Для измерения тока в цепь включаем амперметр. При нагревании спирали в пламени горелки можно заметить, что показания амперметра будут уменьшаться. Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.

У некоторых металлов при нагревании на 100° сопротивление увеличивается на 40 – 50 %. Имеются сплавы, которые незначительно меняют свое сопротивление с нагревом. Некоторые специальные сплавы практически не меняют сопротивления при изменении температуры. Сопротивление металлических проводников при повышении температуры увеличивается, сопротивление электролитов (жидких проводников), угля и некоторых твердых веществ, наоборот, уменьшается.

Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой платиновую проволоку, намотанную на слюдяной каркас. Помещая термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи.

Изменение сопротивления проводника при его нагревании, приходящееся на 1 Ом первоначального сопротивления и на 1° температуры, называется температурным коэффициентом сопротивления

и обозначается буквой α.

Если при температуре t

0 сопротивление проводника равноr 0 , а при температуреt равноr t , то температурный коэффициент сопротивления

Примечание.

Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200°C).

Приводим значения температурного коэффициента сопротивления α для некоторых металлов (таблица 2).

Таблица 2

Значения температурного коэффициента для некоторых металлов

Из формулы температурного коэффициента сопротивления определим r t

r t

=r 0 .

Пример 6.

Определить сопротивление железной проволоки, нагретой до 200°C, если сопротивление ее при 0°C было 100 Ом.

r t

=r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 Ом.

Пример 7.

Термометр сопротивления, изготовленный из платиновой проволоки, в помещении с температурой 15°C имел сопротивление 20 Ом. Термометр поместили в печь и через некоторое время было измерено его сопротивление. Оно оказалось равным 29,6 Ом. Определить температуру в печи.

Какие сосуды есть в теле человека

Система кровообращения состоит из сердца и нескольких типов сосудов. Они отличаются строением и присущими функциями, а повреждения несут неодинаковые последствия.

Тип сосудов	Стенки	Функции
Артерии	трехслойные; мышечные; эластичные; плотные.	Перенос крови от сердца к органам.
Вены	трехслойные; мышечные и безмышечные; способны растягиваться.	Возврат крови от органов к сердцу.
Капилляры	однослойные; узкие.	Соединение вен и артерий с органами для обмена питательными веществами.

Вены и артерии повредить непросто. Для этого нужно сильное механическое воздействие, приводящее к наружному или внутреннему кровотечению. Травмы капилляров мы не всегда замечаем, поскольку они вызывают лишь подкожное кровоизлияние. Проявляется это через гематомы (проще говоря – синяки).

Параметры и особенности

Данное название носит сплав медно-никелевого состава, характеризующийся термостабильностью, электрическим сопротивлением, обрабатываемостью, используется в электротехнической промышленности.

Основными особенностями считают электрические свойства константана МНМц 40-1,5: большое удельное электрическое сопротивление, составляющее 0,45-0,52 мкОм×м, и низкий температурный коэффициент электрического сопротивления, равный -0,02×10-3-+0,06×10-3 °C-1.

Последнее обеспечивает стабильность сопротивления при различной температуре. Благодаря параметрам сопротивления константан называют резистивным сплавом. К тому же данный материал характеризуется значительной термоэлектродвижущей силой. Наконец, константан обладает хорошим технологическими свойствами, обуславливающими обрабатываемость его механическими методами. Так, для него применимы паяние, чеканка, штамповка, ковка и т. д. После отжига возможно использовать резание. Загрязнение цинком существенно затрудняет обработку.

Далее приведены прочие характеристики константана. Плотность его равна 8,8–8,9 г/см3. Таким образом, это наиболее плотный никелевый сплав, превосходящий по данному параметру сталь. Данная особенность, определяющая большую массу константана, обусловлена значительной долей меди в его составе. Температура плавления составляет 1260 °C, благодаря чему сплав является термостабильным, сохраняя до названной температуры внутреннее строение. Твердость равна 155 НВ, предел прочности на разрыв – 400 МПа. Температурный коэффициент линейного расширения составляет 14,4×10-6 в диапазоне от 20 до 100 °C. Теплоемкость равна 0,0977 кал/г×C, теплопроводность – 0,05 кал/см×с×C. Магнитные свойства отсутствуют. Константан характеризуется высокими показателями пластичности. Так, модуль упругости составляет 16600 кгс/мм2, относительное удлинение достигает 30%, сужение – 71%. Следует отметить, что пластичность значительно сокращается при загрязнении константана цинком. Благодаря высокому пределу выносливости, составляющему для горячетканых прутков 243 МПа (что соответствует стали 45), константан подходит для условий переменных нагрузок. Медно-никелевый состав обеспечивает сопротивление сплава коррозии. Так, он не реагирует с кислородом до 800 °C, а также с органическими кислотами и соляными растворами. Цвет – желтоватый.

Ввиду невысокой прочности константан нередко подвергают дополнительной обработке. После отжига предел прочности возрастает до 700-800 МПа, что приравнивает сплав по данному показателю к стали 45. Для еще большего упрочнения рассматриваемого материала применяют наклеп, подразумевающий поверхностную прокатку стальными роликами, вызывающую пластические деформации. В результате такой обработки константан обретает показатели предела прочности в 850 МПа и твердости в 75-90 НВ. Однако нужно учитывать, что как механическая, так и термическая обработка константана МНМц 40-1,5 сокращает пластичность: относительное удлинение снижается до 4%, сужение – до 21%.

Следует отметить, что электроизоляционные параметры характерны не для материала, а для поверхностной окисной пленки.

Данное покрытие формируется в результате прокаливания, поэтому изделия, рассчитанные на применение в электрооборудовании, подвергают данной обработке при производстве.

Стоимость константана формируется, прежде всего, под влиянием цены Ni. Например, стоимость рассматриваемого материала в октябре 2017 г. составляла в среднем 5 тыс. рублей за 1 кг. Во многом она зависит от формы и ее особенностей. Так, лента немного дороже в сравнении с проволокой. А для проволоки имеет значение толщина: варианты с большим диаметром дешевле. Например, на декабрь 2016 г. тонна 0,6 мм проволоки стоила около 2,3 млн., а материала диаметром 1,2 мм – 0,8-1 млн. К тому же, как видно из приведенных данных, при массовой реализации цена значительно снижается. Цена покупки также определяется несколькими факторами. Во-первых, большое значение имеет состояние лома, определяемое, прежде всего, наличием следов коррозии. Во-вторых, для проволоки имеет значение диаметр. Тонкие материалы ценятся выше.

В-третьих, важен объем поставок. Пункты приема лома предпочитают принимать крупные партии (более 100 кг) ввиду ускоренной реализации. В таких случаях они наценивают лом на 10–15%.

Сопротивление провода

Величина сопротивления провода зависит от трех параметров: удельного сопротивления металла, длины и диаметра самого провода. Формула для расчета сопротивления провода:

где: R — сопротивление провода (Ом) ρ — удельное сопротивление металла (Ом.m) L — длина провода (м) А — площадь поперечного сечения провода (м2)

В качестве примера рассмотрим проволочный резистор из нихрома с удельным сопротивлением 1.10×10-6 Ом.м. Проволока имеет длину 1500 мм и диаметр 0,5 мм. На основе этих трех параметров рассчитаем сопротивление провода из нихрома:

R=1,1*10 -6 *(1,5/0,000000196) = 8,4 Ом

Нихром и константан часто используют в качестве материала для сопротивлений. Ниже в таблице вы можете посмотреть удельное сопротивление некоторых наиболее часто используемых металлов.

Характеристики электротехнических материалов

Главной характеристикой в электротехнике считается удельная электропроводность, измеряемая в См/м. Она служит коэффициентом пропорциональности между вектором напряжённости поля и плотностью тока. Обозначается часто греческой буквой гамма γ. Удельное сопротивление признано величиной, обратной электропроводности. В результате формула, упомянутая выше, обретает вид: плотность тока прямо пропорциональна напряжённости поля и обратно пропорциональна удельному сопротивлению среды. Единицей измерения становится Ом м.

Рассматриваемое понятие сохраняет актуальность не только для твёрдых сред. К примеру, ток проводят жидкости-электролиты и ионизированные газы. Следовательно, в каждом случае допустимо ввести понятие удельного сопротивления, ведь через среду проходит электрический заряд. Найти в справочниках значения, к примеру, для сварочной дуги сложно по простой причине – подобными задачами не занимаются в достаточной степени. Это не востребовано

С момента обнаружением Дэви накала платиновой пластины электрическим током до внедрения в обиход лампочек накала прошло столетие – по схожей причине не сразу осознали важность, значимость открытия

В зависимости от значения величины удельного сопротивления материалы делятся:

1. У проводников – менее 1/10000 Ом м.
2. У диэлектриков – свыше 100 млн. Ом м.
3. Полупроводники по значениям удельного сопротивления находятся между диэлектриками и проводниками.

Эти значения характеризуют исключительно способность тела сопротивляться прохождению электрического тока и не влияют на прочие аспекты (упругость, термостойкость). К примеру, магнитные материалы бывают проводниками, диэлектриками и полупроводниками.

Теплопроводность цветных металлов, теплоемкость и плотность сплавов

В таблице представлены значения теплопроводности металлов (цветных), а также химический состав металлов и технических сплавов в интервале температуры от 0 до 600°С.

Цветные металлы и сплавы: никель Ni, монель, нихром; сплавы никеля (по ГОСТ 492-58): мельхиор НМ81, НМ70, константан НММц 58,5-1,54, копель НМ 56,5, монель НМЖМц и К-монель, алюмель, хромель, манганин НММц 85-12, инвар; магниевые сплавы (по ГОСТ 2856-68), электрон, платинородий; мягкие припои (по ГОСТ 1499-70): олово чистое, свинец, ПОС-90, ПОС-40, ПОС-30, сплав Розе, сплав Вуда.

По данным таблицы видно, что высокую теплопроводность (при комнатной температуре) имеют магниевые сплавы и никель. Низкая же теплопроводность свойственна нихрому, инвару и сплаву Вуда.

Коэффициенты теплопроводности алюминиевых, медных и никелевых сплавов

Теплопроводность металлов, алюминиевых, медных и никелевых сплавов в таблице дана в интервале температуры от 0 до 600°С в размерности Вт/(м·град).Металлы и сплавы: алюминий, алюминиевые сплавы, дюралюминий, латунь, медь, монель, нейзильбер, нихром, нихром железистый, сталь мягкая. Алюминиевые сплавы имеют большую теплопроводность, чем латунь и сплавы никеля.

Коэффициенты теплопроводности сплавов

В таблице даны значения теплопроводности сплавов в интервале температуры от 20 до 200ºС.Сплавы: алюминиевая бронза, бронза, бронза фосфористая, инвар, константан, манганин, магниевые сплавы, медные сплавы, сплав Розе, сплав Вуда, никелевые сплавы, никелевое серебро, платиноиридий, сплав электрон, платинородий.

В таблице указаны значения удельного электрического сопротивления и КТР металлической проволоки, выполненной из различных металлов и сплавов.

Материал проволоки: алюминий, вольфрам, железо, золото, латунь, манганин, медь, никель, константан, нихром, олово, платина, свинец, серебро, цинк.

Как видно из таблицы, нихромовая проволока имеет высокое удельное электрическое сопротивление и успешно применяется в качестве спиралей накаливания нагревательных элементов множества бытовых и промышленных устройств.

Удельная теплоемкость цветных сплавов

В таблице приведены величины удельной (массовой) теплоемкости двухкомпонентных и многокомпонентных цветных сплавов, не содержащих железа, при температуре от 123 до 1000К. Теплоемкость указана в размерности кДж/(кг·град).

Дана теплоемкость следующих сплавов: сплавы, содержащие алюминий, медь, магний, ванадий, цинк, висмут, золото, свинец, олово, кадмий, никель, иридий, платина, калий, натрий, марганец, титан, сплав висмут — свинец — олово, сплав висмут-свинец, висмут — свинец — кадмий, алюмель, сплав липовица, нихром, сплав розе.

Также существует отдельная таблица, где представлена удельная теплоемкость металлов при различных температурах.

Удельная теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов

Удельная (массовая) теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов приведена в таблице при температуре от 0 до 1300ºС. Размерность теплоемкости кал/(г·град).Теплоемкость специальных сплавов: алюмель, белл-металл, сплав Вуда, инвар, липовица сплав, манганин, монель, сплав Розе, фосфористая бронза, хромель, сплав Na-K, сплав Pb — Bi, Pb — Bi — Sn, Zn — Sn — Ni — Fe — Mn.

Плотность сплавов

Представлена таблица значений плотности сплавов при комнатной температуре. Приведены следующие сплавы: бронза, оловянистая, фосфористая, дюралюминий, инвар, константан, латунь, магналиум, манганин, монель — металл, платино — иридиевый сплав, сплав Вуда, сталь катаная, литая.

ПРИМЕЧАНИЕ: Будьте внимательны! Плотность сплавов в таблице указана в степени 10-3. Не забудьте умножить на 1000! Например, плотность катанной стали изменяется в пределах от 7850 до 8000 кг/м3.

1. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.
2. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
3. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
4. Шелудяк Ю.Е., Кашпоров Л.Я. и др. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. М. 1992. — 184 с.
5. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования. 2–е издание, дополненное и переработанное, Казанцев Е.И. М.: «Металлургия», 1975.- 368 с.

Ценообразование

Стоимость константана складывается из цены никеля и меди на мировых биржах цветных металлов. За основу большинство российских промышленников принимают значение котировок Лондонской биржы. Сразу отметим, что цена никеля является основополагающей при расчете стоимости сплава.

При сдаче лома цена может варьироваться. На ее значение влияют следующие факторы:

• Наличие следов коррозии на поверхности сплава.
• Объем поставок. Пунктам приёма металлолома выгоднее иметь дело с крупными партиями от 100 кг в силу сокращения времени на реализации лома. Наценка составляет в среднем 10-15% процентов от основной стоимости.
• Цена на проволоку зависит также от ее диаметра. Как правило, чем проволока тоньше, тем она дороже.

История

Единого мнения о первооткрывателе сплава не существует.

В англоязычной литературе господствует утверждение о том, что манганин впервые был получен американским изобретателем Эдвардом Вестоном в 1888 на основе константана, как материал для катушек электроизмерительных приборов, сопротивление которого не зависит от температуры. В патенте описан сплав содержащий 70 % меди и 30 % марганца (который для снижения стоимости допускается заменить ферромарганцем). Изобретатель назвал его «Сплав №3», но германские производители, у которых он разместил заказ на производство проволоки из нового материала, дали ему собственное наименование «Манганин» под которым он получил известность.

В немецкоязычной и отечественной литературе господствует утверждение о приоритете германских учёных и производителей. По этой версии манганин был получен в 1889 или в 1892 году сотрудниками Имперского физико-технического института (нем.)русск. Карлом Фойзнером (нем.)русск. и Стефаном Линдеком (нем.)русск. проводивших исследования в сотрудничестве с компанией Isabellenhütte Heusler. Права на торговую марку MANGANIN были переданы Isabellenhütte Heusler. В некоторых источниках указывается, что Фойзнер и Линдек опирались в своей работе на результаты Вестона, но обычно подобные упоминания отсутствуют.

Свойства полимеров: теплопроводность и плотность пластиков и пластмасс

В таблице представлены физические свойства полимеров (пластмасс и пластика) при отрицательной и положительной температуре, в интервале от -200 до 280°С. Свойства пластиков даны при нормальном атмосферном давлении.

Таблица свойств следующих полимеров, пластиков и пластмасс: акриловая смола, асбоволокниты типа КФ-3, асботекстолиты, асборезит, волокниты, гетинаксы, гетинакс тонкий, древеснослоистые пластики ДСП, карболит: крезольный, литой, фенольный, каучук, силиконовый, с наполнителем, кремнийорганический полимер КМ-9, кремнийорганическая смола К-55, К-18-2, К-21-22. Лак: алкидный на высыхающих маслах ФВ-2, пентафталевый №170, кремнийорганический КО-08, полиэфирный ПЭ-939, лак битумный №177, мипора, пенопласты, поропласты, полиамидная смола 54, полиамид 66 (полиамид 6, капрон, полиамид 66, нейлон, найлон), полиамид 68, поликапроамид, полиизобутен, поливинилбутираль, поливиниловый спирт, полиизобутилен, полиизопропилметакрилат, поликарбонат, полипропилен атактический, изоатактический, полиметилметакрилат, полиорганосилоксановые жидкости: ПМС — 1,5, ПМС — 5, 10, 50, 100, 200, 400, 476, 700, 1000, ПЭС — 1, 2, 3, 4, 5, ПФМС — 2/5 Л, 4, ФМ — 1322, ПФМС — 6, полистирол ударопрочный УПП — 1 ППС, политетрафторэтилен, полихлортрифторэтилен, полиуретан ПУ — 1, ПВХ пленка, кабельный, пластифицированный, жесткий, с кварцевым наполнителем, линолеум с наполнителем, хлорированный, полихлорвинил с бутилбензилфталатом, палатиновое масло АН, полиэтилен ВД, П2020, ПЭ — 500, линейный, НД, П4045К, полиэтилентерефталат, полиэтиленгликоль, полиэтиленсилоксановая жидкость №5, 7, резит, резина пористая, стеклопластик полиэфирный на основе жесткого и мягкого стеклохолста, стекловолокнит типа АГ — 4, КАСТ, стеклопластик полиэфирный на основе стеклоткани, наполненной минеральным наполнителем 8% ZnO в смоле ПН-1, текстолит, фибролит, фенолформальдегидная смола, аррезин — Б, 101К, Р-21, совмещенный фенолит, фенольная литая смола, фурфурил — фенолформальдегидная смола Ф-10, фурановый полимер ФГ-2, эмаль (кремнийорганическая): КО-84, КО-811, эпоксидная смола Э-33, Э-41, ЭД-5, ТФЭ-9, ПН-1, этрол ацетатцеллюлозный, этилцеллюлозный.

Даны следующие теплофизические свойства полимеров и пластмасс:

• плотность пластика, кг/м3;
• коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град);
• коэффициент температуропроводности, м2/с;
• удельная (массовая) теплоемкость, кДж/(кг·град).

Следует особо отметить значения плотности пластмассы в таблице. Ее диапазон находится в пределах от 16 кг/м3  (для теплоизоляционных пенистых пластмасс — таких, как мипора) до 2280 кг/м3 (для тяжелого линолеума с наполнителем).