При необходимости соединения латунных изделий толщиной более 0,5 см – аргонодуговая сварка идеальный вариант. Электрод передвигается в проводящую зону горелки, кромки соединяемого металлического образца плавятся под влиянием электрической дуги.

При выполнении сваривания деталей аргоном ощущается характерный непрерывный треск, а сварочная дуга имеет удивительный цвет. Это все из-за наличия в сплаве цинка. Латунь в процессе соединения не прогорает, не отлетает отдельными кусками, так как она плавится. Опытные сварщики советуют варить латунь отдельными участками, не расплавлять ее сплошным слоем. При сплошном расплавлении материала существует вероятность прожигания металла.

Если необходимо заварить кратер, тогда рекомендуется постепенно уменьшать напряжение сварки, повышать длину дуги с отведением впоследствии ее в сторону от обрабатываемого изделия. В процессе такого соединения шов заполняется в полном объеме, поджаривание цинка приводит к его испарению, в результате чего в металле образуются дефекты. Чтобы уменьшить испарение данного химического элемента, необходимо увеличить в пламени наличие кислорода, использовать присадочные материалы, легированные бором, алюминием, кремнием.

Совет! При выполнении соединения деталей из латуни осуществляйте сварочные работы на улице, не пренебрегайте требований безопасности!

Какую_температуру_плавления_имеет_медь

Медь – это пластичный золотисто-розовый металл с характерным металлическим блеском. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Сu (Cuprum) и находится под порядковым номером 29 в I группе (побочной подгруппе), в 4 периоде.

Латинское название Cuprum произошло от имени острова Кипр. Известны факты, что на Кипре ещё в III веке до нашей эры находились медные рудники и местные умельцы выплавляли медь. Купить медь можно в комании «КУПРУМ».

По данным историков, знакомству общества с медью около девяти тысячелетий. Самые древние медные изделия найдены во время археологических раскопок на местности современной Турции. Археологи обнаружили маленькие медные бусинки и пластинки для украшения одежды. Находки датируются рубежом VIII-VII тыс. до нашей эры. Из меди в древности изготавливали украшения, дорогую посуду и различные инструменты с тонким лезвием.

Великим достижением древних металлургов можно назвать получение сплава с медной основой – бронзы.

Основные свойства меди

1. Физические свойства.

На воздухе медь приобретает яркий желтовато-красный оттенок за счёт образования оксидной плёнки. Тонкие же пластинки при просвечивании зеленовато-голубого цвета. В чистом виде медь достаточно мягкая, тягучая и легко прокатывается и вытягивается. Примеси способны повысить её твёрдость.

Высокую электропроводность меди можно назвать главным свойством, определяющим её преимущественное использование. Также медь обладает очень высокой теплопроводностью. Такие примеси как железо, фосфор, олово, сурьма и мышьяк влияют на базовые свойства и уменьшают электропроводность и теплопроводность. По данным показателям медь уступает лишь серебру.

Медь обладает высокими значениями плотности, температуры плавления и температуры кипения. Важным свойством также является хорошая стойкость по отношению к коррозии. К примеру, при высокой влажности железо окисляется значительно быстрее.

Медь хорошо поддаётся обработке: прокатывается в медный лист и медный пруток, протягивается в медную проволоку с толщиной, доведённой до тысячных долей миллиметра. Этот металл является диамагнетиком, то есть намагничивается против направления внешнего магнитного поля.

2. Химические свойства.

Медь является сравнительно малоактивным металлом. В нормальных условиях на сухом воздухе её окисления не происходит. Она легко реагирует с галогенами, селеном и серой. Кислоты без окислительных свойств не оказывают воздействия на медь. С водородом, углеродом и азотом химических реакций нет. На влажном воздухе происходит окисление с образованием карбоната меди (II) – верхнего слоя платины.
Медь обладает амфотерностью, то есть в земной коре образует катионы и анионы. В зависимости от условий, соединения меди проявляют кислотные или основные свойства.

Способы получения меди

В природе медь существует в соединениях и в виде самородков. Соединения представлены оксидами, гидрокарбонатами, сернистыми и углекислыми комплексами, а также сульфидными рудами. Самые распространённые руды — это медный колчедан и медный блеск. Содержание меди в них составляет 1-2%. 90% первичной меди добывают пирометаллургическим способом и 10% гидрометаллургическим.

1. Пирометаллургический способ включает в себя такие процессы: обогащение и обжиг, плавка на штейн, продувка в конвертере, электролитическое рафинирование.
Обогащают медные руды методом флотации и окислительного обжига. Сущность метода флотации заключается в следующем: частицы меди, взвешенные в водной среде, прилипают к поверхности пузырьков воздуха и поднимаются на поверхность. Метод позволяет получить медный порошкообразный концентрат, который содержит 10-35% меди.

Окислительному обжигу подлежат медные руды и концентраты со значительным содержанием серы. При нагреве в присутствии кислорода происходит окисление сульфидов, и количество серы снижается почти в два раза. Обжигу подвергаются бедные концентраты, в которых содержится 8-25% меди. Богатые концентраты, содержащие 25-35% меди, плавят, не прибегая к обжигу.

Следующий этап пирометаллургического способа получения меди – это плавка на штейн. Если в качестве сырья используется кусковая медная руда с большим количеством серы, то плавку проводят в шахтных печах. А для порошкообразного флотационного концентрата применяют отражательные печи. Плавка происходит при температуре 1450 °С.

В горизонтальных конвертерах с боковым дутьём медный штейн продувается сжатым воздухом для того, чтобы произошли процессы окисления сульфидов и феррума. Далее образовавшиеся окислы переводят в шлак, а серу в оксид. В конвертере образуется черновая медь, которая содержит 98,4-99,4% меди, железо, серу, а также незначительное количество никеля, олова, серебра и золота.

Черновая медь подлежит огневому, а далее электролитическому рафинированию. Примеси удаляют с газами и переводят в шлак. В результате огневого рафинирования образуется медь с чистотой до 99,5%. А после электролитического рафинирования чистота составляет 99,95%.

2. Гидрометаллургический способ заключается в выщелачивании меди слабым раствором серной кислоты, а затем выделении металлической меди непосредственно из раствора. Такой способ применяется для переработки бедных руд и не допускает попутного извлечения драгоценных металлов вместе с медью.

Применение меди

Благодаря ценным качествам медь и медные сплавы используются в электротехнической и электромашиностроительной отрасли, в радиоэлектронике и приборостроении. Существуют сплавы меди с такими металлами, как цинк, олово, алюминий, никель, титан, серебро, золото. Реже применяются сплавы с неметаллами: фосфором, серой, кислородом. Выделяют две группы медных сплавов: латуни (сплавы с цинком) и бронзы (сплавы с другими элементами).

Медь обладает высокой экологичностью, что допускает её использование в строительстве жилых домов. К примеру, медная кровля за счёт антикоррозионных свойств, может прослужить больше ста лет без специального ухода и покраски.

Медь в сплавах с золотом используется в ювелирном деле. Такой сплав увеличивает прочность изделия, повышает стойкость к деформированию и истиранию.

Для соединений меди характерна высокая биологическая активность. В растениях медь принимает участие в синтезе хлорофилла. Поэтому её можно увидеть в составе минеральных удобрений. Недостаток меди в организме человека может вызвать ухудшение состава крови. Она есть в составе многих продуктов питания. К примеру, этот металл содержится в молоке. Однако важно помнить, что избыток соединений меди может вызвать отравление. Именно поэтому нельзя готовить пищу в медной посуде. Во время кипячения в пищу может попасть большое количество меди. Если же посуда внутри покрыта слоем олова, то опасности отравления нет.

В медицине медь используют, как антисептическое и вяжущее средство. Она является компонентом глазных капель от конъюнктивита и растворов от ожогов.

Уже в древности люди добывали и плавили медь. Этот металл широко применялся в быту и служил материалом для изготовления различных предметов. Бронзу научились делать примерно 3 тыс. лет назад. Из этого сплава делали хорошее оружие. Популярность бронзы быстро распространялась, так как металл отличался красивым внешним видом и прочностью. Из него делали украшения, орудия охоты и труда, посуду. Благодаря небольшой температуре плавления меди человек быстро освоил ее производство.

Нахождение в природе

Свое латинское название Cuprum металл получил от названия острова Кипр, где его научились добывать в третьем тысячелетии до н. э. В системе Менделеева Сu получил 29 номер, а расположен в 11-й группе четвертого периода.

В земной коре элемент на 23-м месте по распространению и встречается чаще в виде сульфидных руд. Наиболее распространены медный блеск и колчедан. Сегодня медь из руды добывается несколькими способами, но любая технологий подразумевает поэтапный подход для достижения результата.

• На заре развития цивилизации люди уже получали и использовали медь и ее сплавы.
• В то время добывалась не сульфидная, а малахитовая руда, которой не требовался предварительный обжиг.
• Смесь руды и углей помещали в глиняный сосуд, который опускался в небольшую яму.
• Смесь поджигалась, а угарный газ помогал малахиту восстановиться до состояния свободного Cu.
• В природе есть самородная медь, а богатейшие месторождения находятся в Чили.
• Сульфиды меди нередко образуются в среднетемпературных геотермальных жилах.
• Часто месторождения имеют вид осадочных пород.
• Медяные песчаники и сланцы встречаются в Казахстане и Читинской области.

Физические свойства

Металл пластичен и на открытом воздухе покрывается оксидной пленкой за короткое время. Благодаря этой пленке медь и имеет свой желтовато-красный оттенок, в просвете пленки цвет может быть зеленовато-голубым. По уровню уровнем тепло- и электропроводности Cuprum на втором месте после серебра.

• Плoтность — 8,94×103 кг/ м3 .
• Удельная теплоемкость при Т=20 ° C — 390 Дж/кг х К.
• Электрическoе удельное при 20−100 ° C — 1,78×10−8 Ом/м.
• Температура кипeния — 2595 ° C.
• Удельная электропрoводность при 20 ° C — 55,5−58 МСм/м.

При какой температуре плавится медь

Плавления происходит, когда из твердого состояния металл переходит в жидкое. Каждый элемент имеет собственную температуру плавления. Многое зависит от примесей в металле. Обычная температура плавления меди — 1083 ° C. Когда добавляется олово, температура снижается до 930- 1140 ° C. Температура плавления зависит здесь от содержания в сплаве олова. В сплаве купрума с цинком плавление происходит при 900- 1050 ° C .

При нагреве любого металла разрушается его кристаллическая решетка. По мере нагревания повышается температура плавления, но затем выравнивается по достижении определенного предела температуры. В этот момент и плавится металла. Полностью расплавляется, и температура повышается снова.

Когда металл охлаждается, температура снижается, в определенный момент остается на прежнем уровне, пока металл не затвердеет полностью. После полного затвердевания температура снижается опять. Это демонстрирует фазовая диаграмма, где отображен температурный процесс с начала плавления до затвердения. При нагревании разогретая медь при 2560 ° C начинает закипать. Кипение подобно кипению жидких веществ, когда выделяется газ и появляются пузырьки на поверхности. В момент кипения при максимально больших температурах начинается выделение углерода, образующегося при окислении.

Плавление в домашних условиях

Благодаря низкой температуре плавления древние люди могли расплавлять купрум на костре и использовать металл для изготовления различных изделий.

Для расплавки меди в домашних условиях понадобится:

• древесный уголь;
• тигель и специальные щипцы для него;
• муфельная печь;
• бытовой пылесос;
• горн;
• стальной крюк;
• форма для плавления.

Процесс течет поэтапно, металл помещается в тигель, а затем размещается в муфельной печи. Выставляется нужная температура, а наблюдение за процессом осуществляется через стеклянное оконце. В процессе в емкости с Cu появится окисная пленка, которую нужно устранить — открыть окошко и отодвинуть в сторону стальным крюком.

При отсутствии муфельной печи расплавить медь можно автогеном. Плавление пойдет, если ест нормальный доступ воздуха. Паяльной лампой расплавляется латунь и легкоплавкая бронза. Пламя должно охватить весь тигель.

Если под рукой ничего из перечисленных средств нет, можно использовать горн, установленный на слой древесного угля. Для повышения Т можно использовать пылесос, включенный в режим выдувания, но шланг должен иметь металлический наконечник, хорошо, если с зауженным концом, так струя воздуха будет тоньше.

Температура плавления бронзы и латуни, как температура плавления меди и алюминия — невысоки.

Сегодня в промышленных условиях в чистом виде Cu не используется. В ее составе содержится много примесей: никель, железо, мышьяк, сурьма, другие элементы. Качество продукта определяется наличием содержания в процентах примесей в сплаве (не более 1%). Важные показатели — тепло- и электропроводность. Благодаря пластичности, малой Т плавления и гибкости медь широко используется во многих отраслях промышленности.

Добывать и плавить медь люди научились с древности. Уже в то время элемент находил широкое применение в быту и из него делали различные предметы. Сплав меди с оловом (бронзу) научились делать около трех тысяч лет назад, из него получалось хорошее оружие. Бронза сразу стала популярной, поскольку отличалась прочностью и красивым внешним видом. Из нее изготавливали украшения, посуду, орудия труда и охоты.

Благодаря невысокой температуре плавления человечеству не составило большого труда быстро освоить производство меди в домашних условиях. Как происходит процесс плавления меди, при какой температуре начинает плавиться?

Происхождение и нахождение меди в природе

Свое название химический элемент получил от названия острова Кипр (Cuprum), там его научились добывать еще в 3 тысячелетии до н.э. В периодической системе химических элементов у меди 29 атомный номер, она расположена в 11 группе 4-го периода. Элемент является пластичным переходным металлом, имеющим золотисто-розовый цвет.

По распространению в земной коре элемент занимает среди других элементов 23 место и чаще всего встречается в виде сульфидных руд. Самыми распространенными видами являются медный колчедан и медный блеск. На сегодняшний день есть несколько способов получения меди из руды, но любая из технологий требует поэтапного подхода, чтобы достичь конечного результата.

В самом начале развития цивилизации люди научились получать и использовать медь, а также ее сплавы. Уже в то далекое время они добывали не сульфидную, а малахитовую руду.В таком виде она не нуждалась в предварительном обжиге. Смесь руды с углями помещали в глиняный сосуд, которые опускали в небольшую яму, после чего смесь поджигали, угарный газ помогал восстановиться малахиту до состояния свободной меди.

В природе медь встречается не только в руде, но и в самородном виде, самые богатые месторождения находятся на территории Чили. Сульфиды меди часто образуются в среднетемпературных геотермальных жилах. Часто медные месторождения могут быть в виде осадочных пород — сланцы и медяные песчаники, которые встречаются в Читинской области и Казахстане.

Физически свойства

Пластичный металл на открытом воздухе быстро покрывается оксидной пленкой, она и придает элементу характерный желтовато-красный оттенок, в просвете пленки могут иметь зеленовато-голубой цвет. Медь относится к тем немногим элементам, которые имеют заметную для глаза цветовую окраску. Она обладает высоким уровнем тепло- и электропроводности — это второе место после серебра.

• Плотность — 8,94*10 3 кг/м 3
• Удельная теплоемкость при Т=20 о С — 390 Дж/кг*К
• Электрическое удельное сопротивление в температурном режиме от 20-100 о С — 1,78*10 -8 Ом/м
• Температура кипения — 2595 о С
• Удельная электропроводность при Т=20 о С — 55,5-58 МСм/м.

Температура плавления меди

Процесс плавления происходит, когда металл из твердого состояния переходит в жидкое и у каждого элемента есть своя температура плавления. Многое зависит от наличия примесей в составе металла, обычно медь плавится при температуре 1083 о С. Когда к ней добавляют олово, то температура плавления снижается и составляет 930-1140 о С, температура плавления здесь будет зависеть от содержания в сплаве олова. В сплаве меди с цинком температура плавления становится еще ниже — 900-1050 о С.

В процессе нагрева любого металла происходит разрушение кристаллической решетки. По мере нагревания температура плавления становится выше, но затем она остается постоянной, после того как достигла определенного температурного предела. В такой момент и происходит процесс плавления металла, он полностью расплавляется и после этого температура снова начинает повышаться.

Когда начинает происходить охлаждение металла, то температура начинает снижаться и в какой-то момент она остается на прежнем уровне до момента полного затвердения металла. Затем металл затвердевает полностью и температура снова снижается. Это можно увидеть на фазовой диаграмме, где отображен весь температурный процесс с начала момента плавления и до затвердения металла.

Разогретая медь при нагревании начинает переходить в состояние кипения при температуре 2560 о С. Процесс кипения металла очень напоминает процесс кипения жидких веществ, когда начинает выделяться газ и на поверхности появляются пузырьки. В моменты кипения металла при максимально высоких температурах начинает выделяться углерод, который образуется в результате окисления.

Плавление меди в домашних условиях

Низкая температура плавления позволила людям в древности расплавлять металл прямо на костре и затем использовать готовый металл в быту, чтобы сделать оружие, украшения, посуду, орудия труда. Для плавления меди в домашних условиях понадобятся следующие предметы:

• Тигель и специальные щипцы для него.
• Древесный уголь.
• Муфельная печь.
• Горн.
• Бытовой пылесос.
• Форма для плавления.
• Стальной крюк.

Весь процесс происходит поэтапно, для начала металл нужно положить в тигель, после чего разместить в муфельную печь. Установить нужную температуру и наблюдать за процессом через стеклянное окошко. В процессе плавления в емкости с металлом появится окисная пленка, ее необходимо убрать, открыв окошко и стальным крюком отодвинуть в сторону.

Если нет муфельной печи, то медь можно расплавить с помощью автогена, плавление будет происходить при нормальном доступе воздуха. Используя паяльную лампу можно расплавить желтую медь (латунь) и легкоплавкие виды бронзы. Следить за тем, чтобы пламя охватило весь тигель.

Если в домашних условиях нет ничего из перечисленных средств, тогда можно воспользоваться горном, установив его на слой древесного угля. Чтобы усилить температуру можно использовать бытовой пылесос, включив режим выдувания, но только если шланг имеет металлический наконечник. Хорошо, если наконечник будет иметь зауженный конец, чтобы струя воздуха была более тонкой.

В современных промышленных условиях медь в чистом виде не применятся, ее состав содержит в себе много различных примесей — железа, никеля, мышьяка и сурьмы, а также других элементов. Качество готового изделия определяется наличием процентного содержания примесей в сплаве, но не более 1%. Важными показателями являются тепло- и электропроводность металла. Медь широко используется во многих отраслях промышленности благодаря своей пластичности, гибкости и низкой температуре плавления.

Как расплавить медь в домашних условиях

Медные изделия смотрятся очень красиво и стильно, тем самым вызывая желание создать изделие из меди собственноручно. В этих целях металл нужно предварительно расплавить. В процессе литья в большинстве своем используют несколько основных видов меди — чистую красную и такие сплавы как бронза и латунь.

Процесс плавки медных изделий в муфельной печи

Для начала в тигель необходимо положить подготовленные куски металла, после чего разместите тигель в муфельной печи. Отрегулируйте нагрев до нужной позиции. Когда металл начинает плавится, на его поверхности наблюдается появление окисной пленки.

Когда достигается определенная температура плавления, нужно открыть дверцу и прихватить тигель с помощью щипцов. Стальным крюком следует сдвинуть образовавшуюся окисную пленку, после чего, вылить расплавившийся металл в приготовленные заранее формы. В случае, если в муфельной печи есть необходимая мощность, в ней есть возможность расплавлять разнообразные сплавы из меди или красную медь.

Как расплавить медь при помощи других способов

Если нет возможности использовать муфельную печь, есть альтернатива – расплавить металл при помощи автогена, при этом, пламя следует направлять от дна тигля по направлению вверх. Этот процесс сопровождается хорошим доступом воздуха. Для того, чтобы избежать сильного окисления меди, можно посыпать сверху толченый древесный уголь.

Желтая медь, так называемая латунь, и некоторые виды бронзы, обладающие легкоплавкостью, можно расплавить при помощи паяльной лампы. Этот процесс в чем-то сходен с использованием автогена, стоит учесть, что тигель должен быть максимально охваченным пламенем.

Если нет возможности использования автогена или паяльной лампы, используйте обыкновенный горн. Нужно установить тигель поверх слоя древесного угля. Для повышения температуры горения, можно применить технологию вдувания воздуха в зоны горения. В этих целях можно воспользоваться бытовым пылесосом, работающим на выдувание. Его шланг должен быть оснащен металлическим наконечником, который можно заузить, что даст возможность получить значительно тоньше струю воздуха.

Красная медь обладает вязкоплавкостью, поэтому она практически не подходит для фигурного отлива. Для такой процедуры лучше подходит латунь. Она и легче плавится, и цвет у нее намного ярче.

Не рекомендуют переплавлять старинную бронзу, происхождение которой вам неизвестно, так как в ней может быть мышьяк.

Физические свойства ионных соединений Учебник по химии

Ключевые концепции

• Ионное твердое тело состоит из положительных ионов (катионов) и отрицательных ионов (анионов), удерживаемых вместе электростатическими силами в жестком массиве или решетке.
• Ионная связь относится к электростатическому притяжению между катионами и анионами.
• Физические свойства ионных соединений:

  ⚛ Высокая температура плавления и высокая температура кипения

  ⚛ Ионные твердые тела не проводят электричество (они изоляторы).

  ⚛ Когда расплавленные (жидкие) ионные соединения проводят электричество.

  ⚛ При растворении в воде с образованием водного раствора ионные соединения проводят электричество.

  ⚛ Жесткий

  ⚛ Хрупкий

Пожалуйста, не блокируйте рекламу на этом сайте.
Без рекламы = для нас нет денег = для вас нет бесплатных вещей!

Физические свойства ионных соединений: высокая температура плавления

Ионные соединения имеют высокие температуры плавления.

Электростатическое притяжение (ионная связь) между катионами и анионами сильно.
Требуется много энергии, чтобы преодолеть это притяжение, чтобы ионы могли двигаться более свободно и образовывать жидкость.

Факторы, влияющие на температуру плавления ионного соединения:

• Заряд на ионах.
• Размер ионов.

(i) Заряд ионов

Как правило, чем больше заряд, тем больше электростатическое притяжение, чем сильнее ионная связь, тем выше температура плавления.

В таблице ниже сравниваются температура плавления и заряды ионов для двух ионных соединений, хлорида натрия (NaCl) и оксида магния (MgO).

MgO имеет более высокую температуру плавления, чем NaCl, потому что 2 электрона передаются от магния к кислороду с образованием MgO, в то время как только 1 электрон передается от натрия к хлору с образованием NaCl.

(ii) Размер ионов.

Более мелкие ионы могут упаковываться ближе друг к другу, чем более крупные ионы, поэтому электростатическое притяжение больше, ионная связь сильнее, температура плавления выше.

Точка плавления фторидов щелочных металлов группы 1 сравнивается с ионным радиусом катиона в таблице ниже.

По мере того, как радиус катионов увеличивается вниз по группе 1 от Na ⁺ до Cs ⁺ , температуры плавления фторидов снижаются.

Физические свойства ионных соединений: проводимость

Для того чтобы вещество проводило электричество, оно должно содержать подвижные частицы, способные нести заряд.

Твердые ионные соединения не проводят электричество, потому что ионы (заряженные частицы) заключены в жесткую решетку или массив.
Ионы не могут выходить из решетки, поэтому твердое тело не может проводить электричество.

При нагревании твердое ионное вещество плавится с образованием жидкости или расплавленного ионного соединения.
Ионы в расплавленном или жидком ионном соединении могут свободно выходить из структуры решетки.

Когда электрический ток проходит через расплавленное ионное соединение:

• Катионы (положительные ионы) движутся к катоду

  M ⁺ _(л) + e ^— → M _(л)

• Анионы (отрицательные ионы) движутся к аноду

  X ^— _(л) → X + e ^—

Когда твердое ионное вещество растворяется в воде с образованием водного раствора:

MX _{(водн. )} → M ⁺ _(водн.) + X ^— _(водн.)

, ионы высвобождаются из структуры решетки и могут свободно перемещаться, поэтому раствор проводит электричество так же, как расплавленное (жидкое) ионное соединение.

Физические свойства ионных соединений: хрупкость

Ионные твердые вещества хрупкие.

Когда к ионной решетке прикладывается напряжение, слои слегка сдвигаются.

Слои расположены так, что каждый катион окружен анионами в решетке.
Если слои сдвигаются, то ионы с одинаковым зарядом сблизятся.

Ионы с одинаковым зарядом будут отталкиваться друг от друга, поэтому структура решетки распадается на более мелкие части.

Ома, микроскопический вид

В качестве примера закона Ома под микроскопом будут рассмотрены параметры меди. С одним свободным электроном на атом в металлическом состоянии электронная плотность меди может быть рассчитана на основе ее объемной плотности и ее атомной массы.

Энергия Ферми для меди составляет около 7 эВ, поэтому скорость Ферми составляет

Измеренная электропроводность меди при 20 ° C составляет

Средняя длина свободного пробега электрона в меди в этих условиях может быть рассчитана из

Скорость дрейфа зависит от приложенного электрического поля.Например, медный провод диаметром 1 мм и длиной 1 метр, на который подается один вольт, дает следующие результаты.

Для приложенного 1 вольта это дает ток 46,3 ампер и плотность тока

Это соответствует скорости дрейфа всего в миллиметры в секунду, в отличие от высокой скорости Ферми электронов.

Внимание! Не пытайтесь повторить это дома! Д-р Бейхай Ма из Аргоннской национальной лаборатории написал, что плотность тока 5900 А / см ² в этом примере более чем в десять раз превышает плотность тока 500 А / см ² , которую медь обычно может выдерживать при 40 ° F.Так что делать это в лаборатории может быть слишком увлекательно. Спасибо за проверку, доктор Ма.

(Если вы уменьшите прикладываемое напряжение так, чтобы ток составлял всего 3 А, плотность тока 382 А / см ² , так что медный провод останется нетронутым, расчетная скорость дрейфа составит всего 0,00028 м / с. Это будет быть более типичным для условий работы в этом проводе.)

А как насчет квантовых эффектов и статистики Ферми-Дирака?

Обработка микроскопического закона Ома и скорости дрейфа, приведенная выше, в основном является классической трактовкой.Но мы знаем, что электроны в металле подчиняются статистике Ферми-Дирака и что при низких температурах все доступные уровни энергии электронов заполняются до уровня Ферми. Мы также знаем, что этот уровень Ферми (около 7 эВ в меди) очень высок по сравнению с тепловой энергией при комнатной температуре. Тогда как мы можем оправдать использование всей указанной выше популяции свободных электронов при вычислении скорости дрейфа, когда для тепловых взаимодействий для взаимодействия доступны только те электроны, которые находятся в пределах примерно kT от уровня Ферми?

Одно место, где обсуждается эта ситуация, находится в классической книге Чарльза Киттеля по физике твердого тела. Он указывает, что из-за полной заселенности электронов проводимости до уровня Ферми эти электроны в медной проволоке имеют очень высокую скорость, порядка 1,6 · 10 ⁶ см / сек для меди. Приложенное извне электрическое поле в медной проволоке будет оказывать на электроны постоянную силу и продолжать ускорять их, если бы это ускорение не было случайным образом обусловлено множественными столкновениями и взаимодействием с решеткой. Наблюдение закона Ома экспериментально показывает нам, что достигается равновесный ток и что предположение об участии всех электронов проводимости позволяет нам спроектировать эффективную скорость дрейфа для этих электронов под действием приложенного электрического поля.Следует отметить, что это совершенно классическая презумпция.

По мере того, как Киттель исследует электропроводность с точки зрения статистики Ферми-Дирака, он делает следующий комментарий: «Это несколько удивительный факт, что введение распределения Ферми-Дирака вместо классического распределения Максвелла-Больцмана обычно мало влияет на электрическую проводимость, часто изменяя только тип среднего значения, используемого для определения времени релаксации. На первый взгляд можно было ожидать более резкого изменения, потому что с распределением Ферми-Дирака только те электроны, которые находятся вблизи поверхности Ферми, могут участвовать в процессах столкновений. »

Киттель утверждает, что принцип исключения не препятствует вмешательству электрического поля, поскольку оно действует на каждый электрон в распределении, вызывая одинаковое изменение скорости. Всегда существует вакантное состояние, готовое принять электрон, который меняет свое состояние под действием электрического поля, причем вакансия образуется в результате одновременного изменения состояния другого электрона.В отличие от процесса случайных тепловых столкновений, односторонняя электрическая сила создает избыточные состояния электронов A и состояния дефицита электронов B, которые допускают определенные столкновения, необходимые для восстановления равновесия. Принцип исключения предотвращает множество столкновений, но позволяет столкновениям, необходимым для восстановления равновесия. Суть в том, что, за исключением детального характера времени релаксации, ситуация по существу такая же, как в классической ситуации, и приводит к тому же выражению проводимости и средней скорости дрейфа.

Что такое точка плавления? (с иллюстрациями)

Большинство людей видели тающий объект, например лед, тающий в воду в жаркий день. Точка плавления объекта — это точка, при которой твердый объект превращается в жидкость. Более научный способ сказать, что это точка, в которой твердое и жидкое состояния чистого вещества находятся в равновесии. Эта точка уникальна для чистых веществ, поэтому ученые могут использовать температуру как один из способов идентифицировать конкретное вещество.

Когда к твердому объекту применяется тепло, молекулы внутри твердого тела начинают двигаться быстрее.По мере того, как прилагается больше тепла, молекулы в твердом теле продолжают двигаться до тех пор, пока силы притяжения, удерживающие молекулы в упакованной форме, не будут преодолены за счет количества энергии, которую имеют молекулы. В этот момент твердое вещество плавится, и вещество становится жидкостью. Даже если к объекту будет приложено больше тепла после того, как он начал плавиться, объект не изменит температуру, пока все твердое тело не станет жидкостью. Независимо от того, как сильно нагревается, например, кубик льда, температура льда и воды будет оставаться равной 0 ° C (32 ° F), пока весь лед не растает.

Многие люди знакомы с температурами плавления и кипения воды.Вода обычно тает и замерзает при 32 ° F (0 ° C) и закипает при 212 ° F (100 ° C). Знакомство с водой может сделать точки плавления других веществ экстремальными по сравнению. Например, температура плавления углерода составляет 6 422 ° F (3550 ° C), а ртуть — при -37,97 ° F (-38,87 ° C).

Температура плавления вещества часто совпадает с точкой замерзания, но это не всегда так.Некоторые жидкости могут переохлаждаться. Переохлаждение жидкости — это процесс, с помощью которого кто-то может охладить жидкость выше точки замерзания, не превращая ее в твердое тело. Такая жидкость должна быть чистой, потому что монокристалл, примесь или иногда даже просто движение заставят жидкость кристаллизоваться. Если переохлажденная жидкость столкнется с такой примесью или движением, она почти мгновенно замерзнет.

Есть также предметы, которые обычно не имеют температуры плавления.Одно из самых известных и широко используемых веществ, которое не имеет его при атмосферном давлении, — это углекислый газ. Твердая фаза двуокиси углерода обычно называется «сухим льдом». При температуре -109,3 ° F (-78,5 ° C) диоксид углерода переходит из твердой фазы в газовую в процессе, называемом сублимацией. Двуокись углерода встречается в жидком виде только при давлении, превышающем пять атмосфер.

Периодическая таблица элементов по WebElements

Периодическая таблица Менделеева представляет собой набор химических элементов, упорядоченных по атомному номеру, так что периодические свойства элементов (химическая периодичность) становятся ясными.

Изучите химические элементы с помощью этой таблицы Менделеева