銅是人類最早使用的金屬之一。純銅是柔軟的金屬,表面剛切開時為紅橙色帶金屬光澤,單質(zhì)呈紫紅色。延展性好,導熱性和導電性高,因此在電纜和電氣、電子元件是最常用的材料,也可用作建筑材料,可以組成眾多種合金。銅合金機械性能優(yōu)異,電阻率很低,電導率高,其中最重要的數(shù)青銅和黃銅。此外,銅也是耐用的金屬,可以多次回收而無損其機械性能。
1、黃銅
黃銅是銅與鋅的合金,因色黃而得名。黃銅的機械性能和耐磨性能都很好,可用于制造精密儀器、船舶的零件、槍炮的彈殼等。黃銅敲起來聲音好聽,因此鑼、鈸、鈴、號等樂器都是用黃銅制做的。
2、航海黃銅
銅與鋅、錫的合金,抗海水侵蝕,可用來制作船的零件、平衡器。
3、青銅
銅與錫的合金叫青銅,因色青而得名。在古代為常用合金(如中國的青銅時代)。青銅一般具有較好的耐腐蝕性、耐磨性、鑄造性和優(yōu)良的機械性能。用于制造精密軸承、高壓軸承、船舶上抗海水腐蝕的機械零件以及各種板材、管材、棒材等。青銅還有一個反常的特性——“熱縮冷脹”,用來鑄造塑像,冷卻后膨脹,可以使眉目更清楚。
4、磷青銅
銅與錫、磷的合金,堅硬,可制彈簧。
5、白銅
白銅是銅與鎳的合金,其色澤和銀一樣,銀光閃閃,不易生銹。常用于制造硬幣、電器、儀表和裝飾品。
6、紫銅
紫銅又名紅銅就是銅單質(zhì),因其顏色為紫紅色而得名。各種性質(zhì)見銅。紫銅是工業(yè)純銅,其熔點為1083℃,無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,相對密度為8.9,為鎂的五倍。同體積的質(zhì)量比普通鋼重約15%。
紫銅因其具有玫瑰紅色,表面形成氧化膜后呈紫色,故一般稱為紫銅。它是含有一定氧的銅,因而又稱含氧銅。
各種材料電阻率(Ω m)
(1)銀1.65 ×10-8
(2)銅1.75 ×10-8
(3)金2.40×10-8
(4)鋁2.83 ×10-8
(5鎢5.48 ×10-8
(6)鐵9.78 ×10-8
(7)鉑2.22 ×10-7
(8)錳銅4.4 ×10-7
(9)汞9.6 ×10-7
(10)康銅5.0 ×10-7
(11)鎳鉻合金1.0 ×10-6
(12)鐵鉻鋁合金1.4 ×10-6
(13) 鋁鎳鐵合金1.6 ×10-6
電阻率和電導率是倒數(shù)的關(guān)系,你問銅的電導率應(yīng)該是5.7*10 +7(7次)S/M(單位)
從原子結(jié)構(gòu)的角度上分析一下
電導率是指在介質(zhì)中該量與電場強度之積等于傳導電流密度。
對于大部分材料而言,電流來自于自由電子的運動,它們在外電場作用下而被加速運動。這些自由電子的數(shù)目取決于材料的電子能帶結(jié)構(gòu)。從一個能帶的滿態(tài)所激發(fā)到費米能以上的空態(tài)的電子稱為自由電子。在金屬中,激發(fā)自由電子所需的能量較小,因此在金屬中可產(chǎn)生大量的自由電子。
量子力學理論表明,由 N 個原子組成的固體,每個能帶含有 N 個分裂的能級,而每個能級可以容納具有相反自旋方向的兩個電子,也就是每個能帶最多可容納 2N 個電子。
材料的電導率正比于占據(jù)費米能級的電子數(shù)。分析銅和鋁的元素結(jié)構(gòu)可以得知銅元素占據(jù)費米能級的電子數(shù)更多,在電子最高能量處態(tài)密度更大(簡單的說,即銅原子最外層電子比較多,而離原子核越遠的電子,攜帶的能量越大),電導率就比較大。
(費米能:從無粒子系統(tǒng)開始,將粒子逐個填入現(xiàn)有而未被占據(jù)的最低能量的量子態(tài),直到所有粒子全部填完。此時,系統(tǒng)的費米能就是最高占據(jù)分子軌道的能量)
簡單的用中學化學課本里的知識解釋就是:“原子核對電子的吸引力越強,越不容易丟失電子,導電性能越差。”
以數(shù)據(jù)說明問題:銅的電導率:1.7×10-8的倒數(shù) 鋁的電導率:2.9×10-8的倒數(shù)
(1)溫度:電導率與溫度具有很大相關(guān)性。銅的電導率隨著溫度的增高而降低。在一段溫度值域內(nèi),電導率可以被近似為與溫度成正比。為了要比較物質(zhì)在不同溫度狀況的電導率,必須設(shè)定一個共同的參考溫度。電導率與溫度的相關(guān)性,時??梢员磉_為,電導率對上溫度線圖的斜率。
(2)摻雜程度:固態(tài)半導體的摻雜程度會造成電導率很大的變化。增加摻雜程度會造成高電導率。
(3)各向異性:有些物質(zhì)會有異向性 (anisotropic) 的電導率,需用 3 X 3 矩陣來表達(使用數(shù)學術(shù)語,第二階張量,通常是對稱的)