В теории электронов отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг ядра (положительный заряд) по фиксированным орбитам. Материалы, в которых электроны легко притягиваются внешним электрическим полем и вылетают со своих орбит, становясь свободными электронами, называются проводниками. Металлы могут проводить электричество, потому что под воздействием внешнего электрического поля они генерируют большое количество свободных электронов. Эти свободные электроны перемещаются от низкого потенциала к высокому, образуя поток электронов, или электрический ток.
Металлы состоят из атомов, расположенных в правильной решетке, кристаллической структуре, известной как решетка. Когда свободные электроны ускоряются и направляются электрическим полем, они постоянно сталкиваются с атомами и друг с другом, замедляя свое движение и рассеивая энергию. Следовательно, проводящие материалы оказывают определенное сопротивление потоку электрического тока. Это сопротивление называется сопротивлением, представляющим собой сопротивление проводника потоку тока.
Удельное сопротивление - это сопротивление проводника, изготовленного из определенного материала, имеющего стандартную единицу длины и стандартную единицу площади поперечного сечения, при заданной температуре.
Это определение можно лучше понять с помощью формулы:
R=ρ·L/A
-
R - это сопротивление проводника, измеряемое в омах (Ω).
-
ρ(ро) - это удельное сопротивление, измеряемое в ом-метрах (Ω·м).
-
L - это длина проводника, измеряемая в метрах (м).
-
A - это площадь поперечного сечения проводника, измеряемая в квадратных метрах (м2).
Удельное сопротивление и проводимость обратно пропорциональны.
Чем больше проводимость, тем меньше сопротивление материала и тем лучше проводимость.
В технологии вихретокового контроля проводимость не требует абсолютного значения, а относительного. Наиболее часто используется Международный стандарт отожженной меди (IACS), который является не международной единицей, представляющей проводимость металла.
Чтобы облегчить различие между материалами, Международная электротехническая комиссия (МЭК) постановила в 1913 году, что калибровка промышленной меди высокой чистоты в отожженном состоянии с удельным сопротивлением 1 м длиной и 1 мм2 площади поперечного сечения при температуре 20°C составляет 1,7241×10−8Ω⋅м, проводимость 100%IACS, а удельное сопротивление других металлов или сплавов ρX и проводимость σx - это отношение проводимости промышленной меди высокой чистоты в этом отожженном состоянии при 20°C к проводимости металла или сплава, которая выражается в процентах, то есть %IACS или PIACS (P - это процент)
Температура
Удельное сопротивление, проводимость и температурный коэффициент сопротивления типичных металлов и сплавов
Состав сплава
Для материалов сплавов с твердым раствором (воздействия равномерно распределены в металлических подложках), если расположение атомов сплава является неправильным, то есть неупорядоченным твердым раствором, его удельное сопротивление обычно увеличивается с увеличением компонентов сплава. Однако, если атомы сплава расположены в определенной пропорции в очень правильной кристаллической решетке, то есть упорядоченном твердом растворе, его удельное сопротивление будет иметь минимальное значение по мере изменения компонентов сплава.
Материалы с различными компонентами сплава имеют различную проводимость, что является не только основой метода сортировки материалов в технологии вихретоковой дефектоскопии, но и одним из важных факторов, который необходимо учитывать при вихретоковой дефектоскопии, влияющем на импеданс катушки дефектоскопа.
Содержание примесей
Примеси в металлах могут вызывать искажение металлической решетки, влияя на расположение атомов в материале, вызывая рассеяние электронов и увеличивая удельное сопротивление.
Напряжение
Внутреннее напряжение, присутствующее в металле, может вызывать деформацию металлической решетки, увеличивая вероятность столкновения электронов, тем самым увеличивая удельное сопротивление. Например, в пределах упругости напряжение однонаправленного растяжения или кручения увеличит удельное сопротивление металла, в то время как под действием однонаправленного напряжения сжатия удельное сопротивление будет уменьшено для большинства металлов, или внутреннее напряжение металла после холодной обработки и термической обработки также уменьшит проводимость.
Нормальная деформация, достигнутая горячей и холодной обработкой
Результатом нормальной деформации является деформация структуры расположения атомов и увеличение вероятности столкновения электронов. Чем больше степень деформации, тем больше увеличивается удельное сопротивление. Однако для металлов холодной обработки после длительного высокотемпературного нагрева, такого как отжиг и устранение деформации решетки, удельное сопротивление может быть снижено до низкого значения, близкого к исходному.
Процесс термической обработки
Проводимость одного и того же материала будет варьироваться в разных состояниях термической обработки. Металлы с одним кристаллом или полностью отожженные металлы высокой чистоты, как правило, имеют высокую проводимость, в то время как сплавы имеют более низкую проводимость. Отжиг металлов, таких как алюминий, серебро, медь, железо после холодной обработки, снизит удельное сопротивление. Сопротивление материала обычно уменьшается с увеличением температуры отжига, но когда температура отжига выше температуры рекристаллизации, сопротивление, наоборот, увеличится.
Кроме того, различные типы материалов (изоляторы, проводники, полупроводники) также имеют различную проводимость.
Чтобы глубже понять вихретоковую дефектоскопию, вам нужно будет знать магнитную проницаемость.
Ознакомьтесь с нашим постом для второй части.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
Как температура влияет на проводимость металла, Влияние примесей на удельное сопротивление, Дефекты металлической решетки и проводимость, Физические основы вихретоковой дефектоскопии, Проводимость против удельного сопротивления
