forked from Serkov/Dao
-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 0
/
Copy pathmanual.tex
4294 lines (3136 loc) · 365 KB
/
manual.tex
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
628
629
630
631
632
633
634
635
636
637
638
639
640
641
642
643
644
645
646
647
648
649
650
651
652
653
654
655
656
657
658
659
660
661
662
663
664
665
666
667
668
669
670
671
672
673
674
675
676
677
678
679
680
681
682
683
684
685
686
687
688
689
690
691
692
693
694
695
696
697
698
699
700
701
702
703
704
705
706
707
708
709
710
711
712
713
714
715
716
717
718
719
720
721
722
723
724
725
726
727
728
729
730
731
732
733
734
735
736
737
738
739
740
741
742
743
744
745
746
747
748
749
750
751
752
753
754
755
756
757
758
759
760
761
762
763
764
765
766
767
768
769
770
771
772
773
774
775
776
777
778
779
780
781
782
783
784
785
786
787
788
789
790
791
792
793
794
795
796
797
798
799
800
801
802
803
804
805
806
807
808
809
810
811
812
813
814
815
816
817
818
819
820
821
822
823
824
825
826
827
828
829
830
831
832
833
834
835
836
837
838
839
840
841
842
843
844
845
846
847
848
849
850
851
852
853
854
855
856
857
858
859
860
861
862
863
864
865
866
867
868
869
870
871
872
873
874
875
876
877
878
879
880
881
882
883
884
885
886
887
888
889
890
891
892
893
894
895
896
897
898
899
900
901
902
903
904
905
906
907
908
909
910
911
912
913
914
915
916
917
918
919
920
921
922
923
924
925
926
927
928
929
930
931
932
933
934
935
936
937
938
939
940
941
942
943
944
945
946
947
948
949
950
951
952
953
954
955
956
957
958
959
960
961
962
963
964
965
966
967
968
969
970
971
972
973
974
975
976
977
978
979
980
981
982
983
984
985
986
987
988
989
990
991
992
993
994
995
996
997
998
999
1000
%% This is ConTeXt
%% http://wiki.contextgarden.net/Main_Page
%% Compiling:
%$ context manual.tex
% - дефис
% – короткое тире Н-д
% — длинное тире М-д
% * Пофиксить отображение двух картинок в ряд, а не друг под другом
\def\homepage{\hyphenatedurl{https://serkov.su/blog/?page_id=2573}}
\def\manualver{1.4.1 }
\enableregime[utf]
\mainlanguage[russian]
\definepapersize[RIDERO-A5][width=145mm,height=205mm]
\setuppapersize[RIDERO-A5]
%\setuppapersize[A4]
\setuplayout [width=middle]
%convert to grayscale for RIDERO: gs -sOutputFile=manual_bw.pdf -sDEVICE=pdfwrite -sColorConversionStrategy=Gray -dProcessColorModel=/DeviceGray -dCompatibilityLevel=1.4 -dNOPAUSE -dAutoRotatePages=/None -dBATCH manual.pdf
\setuppagenumbering [location=footer]
%Стиль заголовков разделов
\setuphead[subject, subsubject][style={\bf}] %Заголовки жирным
\setuphead[subject][style={\switchtobodyfont[14.4pt]}] %Подзаголовки крупнее
\setuphead[subject][incrementnumber=yes, number=yes, page=yes, continue=no] %Считать номера=да, показывать номер=да, начинать новую страницу=да, продолжать главу=нет (последний мараметр если дефолтный то page=yes игнорится)
\setupcombinedlist[content][list={chapter,subject}] %список того что попадает в список содержания
%стиль подписей к картинкам и таблицам
\setupcaptions [style=small]
\setupbodyfont[computer-modern-unicode,10pt,rm]
% for the document info/catalog (reported by 'pdfinfo', for example)
\setupinteraction[state=start, % make hyperlinks active, etc.
title={Руководство по материалам электротехники},
subtitle={Простой путеводитель по миру проводников и диэлектриков},
author={Серков Павел},
keyword={Электроматериалы, материаловедение}]
\definedescription[materialdesc][alternative=serried, width=broad, headstyle=boldslanted]
\definedescription[usagedesc][alternative=serried, width=broad, headstyle=bold]
\definedescription[problemdesc][alternative=serried, width=broad, headstyle=bold]
\definedescription[featuredesc][alternative=serried, width=broad, headstyle=bold]
\setupexternalfigures[directory={images_LQ}]
% Документация: http://www.pragma-ade.com/general/manuals/units-mkiv.pdf
\setupprefixtext[
femto=ф, pico=п, nano=н, micro=мк, milli=м, centi=с, deci=д,
deca=да, hecto=г, kilo=к, mega=М, giga=Г, tera=Т, peta=П
]
\setupunittext[
meter=м, second=с, gram=г,
ampere=A, volt=В, ohm=Ом, watt=Вт,
joule=Дж
]
%Оформление абзацев. Расстояие меж параграфов
\setupwhitespace [small]
%Абзацный отступ
\setupindenting[yes, first, medium]
\setupheads[indentnext=yes]
%Шаманство с версткой
%\brokenpenalty 100 %This penalty is added after each line that ends with a hyphenated word. High values will discourage TEX in breaking a page there.
%\hyphenpenalty 50 %This penalty is added after each location in the paragraph where TEX can hyphenate and therefore this penalty determines the way TEX splits the paragraph into lines.
%\doublehyphendemerits 10000 %While TEX is breaking a paragraph into lines, it calculates demerits for potential linebreaks. This value is added to the demerits of a line if that line as well as the previous one both end with a hyphen.
%\finalhyphendemerits 5000 %When the pre-last line ends with a hyphen, TEX adds this value to the demerits of that line, thereby discouraging a line break at that point when the paragraph is split into lines.
%\widowpenalty 0 %This is the penalty added before the last line of a paragraph. This penalty determines how eager TEX will be in splitting a page before the last line.
%\clubpenalty 0 %This is the penalty added after the first line of a paragraph. This penalty determines TEX’s willingness to split a page after the first line.
%\adjdemerits 10000 %In the process of breaking a paragraph into lines, TEX tags each of the lines as very loose, loose, decent or tight. If two lines are tagged differently, TEX qualifies them as being visually incompatible. In that case the value of thisvariable is added to the demerits of the lines.
\starttext
\setuppagenumber [state=stop]
% Обложка. Не должно быть нумерации на этой странице
\startTEXpage
\externalfigure[cover_vertical.jpg][width=\paperwidth, height=\paperheight]
\stopTEXpage
\page[yes]
\setuppagenumber [state=start]
%Требование ридеро - если не вставлять технические страницы то нумерация с 3х
\setcounter[userpage][3]
Версия этой книги \bold{\manualver} от \date[d=08,m=5,y=2018][day, month,year].
Книга распространяется свободно, проверить и скачать новые версии книги можно на страничке в блоге автора: \homepage.
%Данный документ сгенерирован: \currentdate
% visual debug
%\showlayout
%\showlayoutcomponents
%\showsetups
%\showmakeup
%\showframe
%\showgrid
%\showstruts
%http://wiki.contextgarden.net/Visual_Debugging
\page[yes]
% Генерация оглавления
\completecontent
\startchapter[title={Введение, которое обычно никто не читает}]
Ковыряясь в поисках ответов на свои вопросы в разных учебниках по материаловедению, методичках, научпоп книгах,
я ужасался, насколько академический стиль изложения возводит стену между желающим узнать и знаниями. Насколько
стремление авторов обойти острые грани, тёмные места превращает учебники в однородную бескрайнюю пустыню скуки и отчаяния.
При этом запредельный уровень абстракции делает крайне сложным для неофита использование полученных знаний в практике.
Поэтому я решил сделать свое руководство, с блекджеком и блудными девицами.
Эта книга живая, по мере получения новых материалов, уточнений, комментариев от вас, дорогие читатели
она будет дополняться, изменяться, становиться лучше. Всегда самая свежая версия книги лежит у меня на сайте в бложике
по адресу: http://serkov.me/. Версия книги у вас в руках \manualver. Я обеими руками поддерживаю движение Open Source и Open Hardware, считаю, что
обмен знаниями должен быть свободным, это принесет пользу для всех, поэтому
пособие распространяется под лицензией Creative Commons 3.0 BY-NC-SA, что
значит, вы можете делать с ним что угодно: выкладывать, распространять,
модифицировать, соблюдая только три ограничения:
\startitemize[intro]
\item Ссылка на меня обязательна (в т.~ч. производных работах);
\item Зарабатывать на моем пособии без договоренности со мной нельзя (запрет на
использование в коммерческих целях);
\item Все производные работы должны распространяться на тех же условиях;
\stopitemize
Плюшки данной книги:
\startitemize[intro]
\item Весь текст написан мной, и дополнен замечательными людьми, упомянутыми в разделе Благодарности. Я не включал
информацию, в достоверности или актуальности которой я бы сомневался. Поэтому
доля брехни по тексту в среднем ниже, чем в маркетинговых текстах
перепродавцов-поставщиков, но выше, чем в хорошем советском учебнике.
\item Большую часть материалов я хотя бы щупал, использовал в своих
конструкциях, а не видел только на картинке. Все фотографии в тексте, если не указано иное, сделаны автором.
\item Пособие полностью\footnote{Чтобы быть до конца честным — за исключением одной картинки,
которую пришлось рисовать в чем умел.} подготовлено с использованием OpenSource продуктов
(Linux, GIMP, LibreOffice, context). Просто из спортивного интереса.
\item Некоторые разделы имеют пункт «Источники» - советы по поиску материалов:
где купить, под какими названиями искать. Конечно, всё можно купить на
Алиэкспресс и на Ebay, поэтому такой вариант не указывается. Пункт может быть
полезен если материал нужен «здесь и сейчас».
\stopitemize
Для кого будет полезно это пособие прежде всего? Для всех желающих расширить
кругозор, узнать что то новое для себя. Особенно рекомендую тем, кто хочет
что-либо делать своими руками. Не смотря на страшное слово "Электротехника" в названии,
руководство полезно даже тем, кто далек от электричества, точно-точно.
Если вам понравилась книга, вы нашли ошибку, вам хочется добавить комментарий или дополнить её,
даже просто аргументированно объяснить почему КГ/АМ — обязательно
напишите мне письмо на [email protected].
\stopchapter
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\startchapter[title={Проводники}]
Двадцатый век — век пластмасс. До появления широкого спектра синтетических
полимерных материалов, человек использовал в конструировании металлы и
материалы природного происхождения — дерево, кожу и т.~д. Сегодня мы завалены
пластмассовыми изделиями, начиная от одноразовой посуды, заканчивая
тяжелонагруженными деталями двигателей автомобилей. Пластмассы во многом
превосходят металлы, но никогда не вытеснят их полностью, поэтому рассказ
начнется с металлов. Металлам посвящены сотни книг, дисциплина, посвященная им,
называется "металловедение".
Нас интересуют металлы с точки зрения электронной техники. Как проводники, как
часть электронных приборов. Все остальные применения — например такие, как
конструкционные материалы, в данное пособие пока не вошли.
Главное для электронной техники свойство металлов — это способность хорошо
проводить электрический ток. Посмотрим на таблицу удельного сопротивления
\footnote{Понятие удельной величины позволяет сравнивать характеристики материалов вне
зависимости от формы, а также рассчитывать значения для любой произвольной формы. Например
удельное сопротивление измеряется в \unit{ohm square mm per meter}, что означает сопротивление
в \unit{ohm} проводника сечением 1 \unit{square mm} длиной 1 \unit{meter}. Теперь, если нам нужно найти
сопротивление кабеля длинной 45 метров и сечением 2,5 \unit{square mm}, мы должны умножить удельное
сопротивление на 45 метров, и разделить на 2,5 \unit{square mm}}
различных чистых металлов:
%https://www.gpo.gov/fdsys/pkg/GOVPUB-C13-19188f38de43abe836138951e119bfd4/pdf/GOVPUB-C13-19188f38de43abe836138951e119bfd4.pdf
%http://www.tibtech.com/conductivity.php
\starttabulate[|l|l|]
\HL
\NC Металл \NC \rho, \unit{ohm square mm per meter} при \unit{20 celsius} \NC\NR
\HL
\NC Серебро \NC 0,0159 \NC\NR
\NC Медь \NC 0,0172 \NC\NR
\NC Золото \NC 0,022 \NC\NR
\NC Алюминий \NC 0,028 \NC\NR
\NC Иридий \NC 0,047 \NC\NR
\NC Вольфрам \NC 0,053 \NC\NR
\NC Молибден \NC 0,054 \NC\NR
\NC Цинк \NC 0,059 \NC\NR
\NC Никель \NC 0,069 \NC\NR
\NC Железо \NC 0,098 \NC\NR
\NC Платина \NC 0,107 \NC\NR
\NC Олово \NC 0,12 \NC\NR
\NC Свинец \NC 0,208 \NC\NR
\NC Титан \NC 0,417 \NC\NR
\NC Висмут \NC 1,29 \NC\NR
\HL
\stoptabulate
%Енохович. Краткий справочник по физике. 1976. Al-0,028; Cu 0.017; Ag-0.016
%Арзамасов. Материаловедение 1986. Ag-0.006; Cu-0.017; Al-0.028 мкОм*м стр 336
%М.А.Худяков. Материаловедение 2006. Cu-0.0175 мкОм*м Al-0.027
%В. Ф. Марков, Х. Н. Мухамедзянов,Л. Н. Маскаева МАТЕРИАЛЫ СОВРЕМЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ. 2014 Cu-0,017241 мкОм*м, Al-0,028 мкОм*м
%Д.М. Казарновский. Радиотехнические материалы. 1972. Стр 274. Ag-0.016, Cu-0.0170 (p 275), Al-0.0286 (p276)
%Корицкий. Справочник по электротехническим материалам Т3. 1987. (Согласовано с гос. службой стандартных справочных данных) стр 199. Cu-0.1724 мкОм*м, Al-0.0280 (с204) Sn-0.115 (p379)
%Survey of Electrical Resistivity Measurements on 16 Pure Metals In the Temperature Range to 273°K (1968) Al-0.0244 (p13), Ag-0,0147 (p97) Cu-0,01545 (p33) (при 0С все)
%https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_resistivities_of_the_elements_(data_page) Al-0.02650 Ag-0.01587, Cu-0.016878
Видим лидеров нашего списка: Ag, Cu, Au, Al.\footnote{Обозначения химических элементов — металлов, названия сокращенные от латинских: Ag — Argentum (Серебро), Cu — Cuprum (Медь), Au — Aurum (Золото), Al — Aluminium (Алюминий)}
\startsubject[title={Серебро}]
\materialdesc{Ag — Серебро.} Драгоценный металл.\footnote{Понятие «драгоценный
металл» означает в том числе особые условия по работе с металлом,
устанавливаемые законодательством.}
Серебро — самый дешевый из драгоценных металлов, но, тем не менее, слишком дорог,
чтобы массово делать из него провода. На 5\% лучшая электропроводность по сравнению с
медью, при разнице в цене почти в 100 раз.
\startsubsubject[title={Примеры применения}]
\usagedesc{В виде покрытий проводников в СВЧ\footnote{СВЧ — Сверхвысокочастотной,
от 300 МГц до 300 ГГц (длинны волн 1\unit{meter} – 1\unit{mm})} технике.} Ток высокой частоты, из-за
скин-эффекта\footnote{скин-эффект, или поверхностный эффект — эффект уменьшения амплитуды
электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводника. Чем выше частота - тем сильнее
эффект и тем тоньше слой поверхности, по которому течет ток.} в большей части течет по
поверхности проводника, а не в его толще, поэтому тонкое покрытие высокочастотного волновода
серебром дает бОльший прирост проводимости, чем покрытие
серебром проводника для постоянного тока.
\placefigure[here]{Волновод для СВЧ излучения, покрытый изнутри слоем серебра.
}{\externalfigure[ag-wave.jpg][width=\textwidth]}
\usagedesc{В сплавах контактных групп.} Контакты силовых, сигнальных реле, рубильников,
выключателей чаще всего изготовлены из сплава с содержанием серебра. Переходное
сопротивление такого контакта получается ниже медного, он меньше подвержен
окислению. Так как контакт обычно миниатюрен, вклад этой малой добавки
серебра в стоимость всего изделия незначителен. Хотя при утилизации большого количества реле,
стоимость серебра делает
целесообразным\footnote{http://www.weeerecycling.ru/2016/10/04/контакты-от-пускателей/}
работу по отделению контактов в кучку для последующего аффинажа.
\placefigure[here]{
Контакты силового реле на 16 Ампер.
Согласно документации производителя контакты содержат серебро и кадмий.
}{\externalfigure[ag-relay.jpg][width=\textwidth]}
\placefigure[here]{
Различные реле. Верхнее реле имеет даже посеребренный корпус с
характерной патиной. Содержание драгметаллов в изделиях, выпущенных в СССР
было указано в паспортах на изделия.
}{\externalfigure[ag-relais.jpg][width=\textwidth]}
\usagedesc{В качестве присадки в припоях.} Качественные припои (как твёрдые так и мягкие)
часто содержат серебро.
\usagedesc{Проводящие покрытия на диэлектриках.} Например, для получения
контактной площадки на керамике, на неё наносится суспензия из серебряных
частиц с последующим запеканием в печи (метод "вжигания").
\usagedesc{Компонент электропроводящих клеев и красок.} Электропроводящие чернила
часто содержат суспензию серебряных частиц. По мере высыхания таких чернил,
растворитель испаряется, частицы в растворе оказываются всё ближе, слипаясь и
создавая проводящие мостики, по которым может протекать ток. Хорошее
видео\footnote{https://www.youtube.com/watch?v=dfNByi-rrO4}
с рецептом по созданию таких чернил.
\stopsubsubject
\startsubsubject[title={Недостатки}]
Несмотря на то, что серебро благородный металл, оно окисляется в среде с содержанием серы:
\chemical{4Ag,+,2H_2S,+,O_2,->,2Ag_2S,+,2H_2O}
Образуется темный налет — "патина". Также источником серы может служить резина,
поэтому провод в резиновой изоляции и посеребренные контакты — плохое
сочетание.
Потемневшее серебро можно очистить
химически.\footnote{http://and-ep.livejournal.com/6299.html}
В отличии от чистки абразивными пастами (в том числе зубной пастой) это самый
нежный способ чистки, не оставляющий царапин.
\stopsubsubject
\stopsubject
\startsubject[title={Медь}]
\materialdesc{Cu — медь.} Основной металл проводников тока. Обмотки
электродвигателей, провода в изоляции, шины, гибкие проводники — чаще всего это
именно медь. Медь нетрудно узнать по характерному красноватому цвету. Медь
достаточно устойчива к коррозии.
\startsubsubject[title={Примеры применения}]
\usagedesc{Провода.} Основное применение меди в чистом виде. Любые добавки
снижают электропроводность, поэтому сердцевина проводов обычно чистейшая
медь.
\placefigure[here]{
Гибкие многопроволочные провода и кабели различного сечения.
}{\externalfigure[cu-wires.jpg][width=\textwidth]}
\usagedesc{Гибкие тоководы.} Если проводники для стационарных устройств можно
в принципе изготовить из любого металла, то гибкие проводники делают почти
всегда только из меди, алюминий для этих целей слишком ломкий. Содержат
множество тоненьких медных жилок.
\usagedesc{Теплоотводы.} Медь не только на 56\% лучше алюминия проводит ток,
но ещё имеет почти вдвое лучшую теплопроводность. Из меди изготавливают тепловые
трубки, радиаторы, теплораспределяющие пластины. Так как медь дороже алюминия,
часто радиаторы делают составными, сердцевина из меди, а остальная часть из
более дешевого алюминия.
\placefigure[here]{
Радиаторы охлаждения процессора. Центральный стержень изготовлен из меди,
он хорошо отводит тепло от кристалла процессора, а алюминиевый радиатор с
развитым оребрением уже охлаждает сам стержень.
}{\externalfigure[cu-cooler.jpg][width=\textwidth]}
\usagedesc{При изготовлении фольгированных печатных плат.} Печатные платы, в
любом электронном устройстве изготовлены из пластины диэлектрика, на который
наклеена медная фольга. Все соединения между элементами печатной платы
выполнены дорожками из медной фольги.
\usagedesc{Техника сверхвысокого вакуума.} Из металлов и сплавов только нержавеющая сталь
и медь пригодны для камер сверхвысокого вакуума в таких приборах, как ускорители элементарных
частиц или рентгеновские спектрометры. Все остальные металлы в вакууме слегка испаряются и портят
вакуум.
\usagedesc{Аноды рентгеновских трубок.} В рентгеноструктурном анализе требуется монохроматическое
рентгеновское излучение. Его источником зачастую является облучаемая электронами медь
(спектральная линия Cu~$K\alpha$), которая к тому же прекрасно отводит тепло. Если же требуется
другое излучение (Co или Fe), его получают от маленького кусочка соответствующего металла на
массивном медном теплоотводе. Такие аноды всегда охлаждаются проточной водой.
\stopsubsubject
\startsubsubject[title=Интересные факты о меди]
\startitemize[intro]
\item Медь — достаточно дорогой металл, поэтому недобросовестные производители стараются экономить
на нем. Занижают сечение проводов (когда написано \unit{0,75 square mm}, а фактически
\unit{0,11 square mm}.)\footnote{http://serkov.su/blog/?p=2129} Окрашивают алюминий
"под медь" в обмотках, внешне обмотка выглядит как медная, а стоит соскрести изоляцию —
оказывается, что она сделана из алюминия. Этим грешат и китайские, и
отечественные\footnote{http://www.owen.ru/forum/showthread.php?t=22703} производители,
кабель сечением \unit{2,5 square mm} вполне может оказаться
сечением \unit{2,3 square mm}, поэтому запас прочности и входной контроль не будут лишними.
Разумеется, надежность контакта в электроарматуре жилы сечением \unit{2,3 square mm},
рассчитанной на жилу \unit{2,5 square mm}, будет невысокой.
\item Медь окрашивает пламя в зелёный цвет, это свойство использовали для
обнаружения меди в руде, когда не был доступен химический анализ.
Зеленый след в пламени — показатель наличия меди.\footnote{но не всегда, например в зеленый цвет пламя также окрашивают ионы бора}
\placefigure[here]{
Окрашивание пламени в зеленый цвет — показатель наличия меди.
}{\externalfigure[cu-flame.jpg][width=\textwidth]}
\item Медь — мягкий металл, но если добавить к меди хотя бы 10\% олова,
получается твёрдый, упругий сплав — бронза. Именно освоение получения бронзы
послужило названием к исторической эпохе — бронзовому веку\footnote{https://ru.wikipedia.org/wiki/Бронзовый_век}.
Добавка к меди бериллия дает бериллиевую бронзу — прочный упругий сплав, из которого изготавливают пружинящие контакты.
\item Медь — один из немногих мягких металлов с высокой температурой
плавления, поэтому из меди изготавливают уплотнительные прокладки, например для
высокотемпературной или вакуумной техники. Например, уплотнительная прокладка
пробки картера двигателя автомобиля.
\item При механической обработке (например волочении) медь уплотняется и
становится жёсткой. Для восстановления исходной мягкости и пластичности медь
"отжигают" в защитной атмосфере, нагревая до 500–\unit{700 celsius} и плавно охлаждая.
Поэтому некоторые медные изделия твёрдые, а некоторые мягкие, например медные трубы.
Неотожженая медь имеет более высокую твердость, упругость, но на 3–5\% меньшую электропроводность.
\item Медь не даёт искр. Для работы во взрывоопасных местах, например на газопроводе,
используют искробезопасный инструмент, стальной инструмент покрытый слоем меди
или инструмент изготовленный из сплавов меди — бронз. Если таким инструментом
случайно чиркнуть по стальной поверхности он не даст опасных искр.
\item Так как температурный коэффициент сопротивления для чистой меди
известен, из меди изготавливают термометры сопротивления (тип ТСМ — Термометр
Сопротивления Медный, есть еще ТСП — Термометр Сопротивления Платиновый).
Термометр сопротивления — это точно изготовленный резистор, навитый из медной
проволоки. Измерив его сопротивление, можно по таблице или по формуле
определить его температуру достаточно точно.
\item В каталогах производителей аудио кабелей можно увидеть упоминания "Бескислородной меди".
(OFC — Oxygen-free copper). Практически всегда это всего лишь маркетинговый прием для обоснования
неадекватно высокой цены продукции. Кислород ухудшает не только проводящие свойства меди, но и ее механические свойства,
поэтому медь при производстве подвергают очистке от примесей путем электролиза, иначе из нее становится трудно получить
проволоку волочением. Поэтому можете быть уверенны, любой провод и кабель, удовлетворяющий требованиям ГОСТ
содержит медь достаточного качества.
% Калинин Н Н Электрорадиоматериалы 1981, 51 стр
% ГОСТ Р 53803-2010 - медная катанка электротехническая
\stopitemize
\stopsubsubject
\stopsubject
\startsubject[title=Алюминий]
\materialdesc{Al — Алюминий.} "Крылатый металл" четвертый по проводимости после
серебра, золота и меди. Алюминий хоть и проводит ток почти в полтора раза хуже меди, но
он легче в 3,4 раза и в три раза дешевле. А если посчитать проводимость, то
эквивалентный медному проводник из алюминия будет дешевле в 6,5 раз! Алюминий
бы вытеснил медь как проводник везде, если бы не пара его противных свойств,
но об этом в недостатках.
Чистый алюминий, как и чистое железо, в технике практически не применяется.
Любой "алюминиевый" предмет состоит из какого-нибудь сплава алюминия. Сплавы могут
содержать кремний, магний, медь, цинк и другие металлы. Их свойства отличаются очень сильно, и это
необходимо учитывать при обработке. Ниже перечислены несколько самых распространенных марок алюминия:
\footnote{Даны марки сплавов согласно номенклатуре Американской Алюминиевой Ассоциации (АА), Первая цифра - серия марок сплава, в зависимости от того, какой легирующей добавки больше, остальные цифры обычно не соотносятся с концентрацией и необходимо обращение к справочнику.}
\startitemize
\item 1199. Чистый 99,99\% алюминий. Бывает почти исключительно в виде фольги.
\item 1050 и 1060. Чистый алюминий 99,5\% и 99,6\% соответственно. Из-за высокой теплопроводности иногда
используется как материал для радиаторов. Мягок, легко гнется. Провода, пищевая фольга, посуда.
\item 6061 и 6082. Сплавы: 6061: Si 0,6\%, Mg 1,0\%, Cu 0,28\%, 6082: Si, Mg, Mn. Первый более
распространен в США, второй — в Европе. Легко точить, фрезеровать. Наилучший материал для
самоделок. Прочен. Легко поддается сварке, паяется твердыми припоями. Легко анодируется.
Плохо гнется. Не годится для литья.
\item 6060. Состав: Mg, Si. Более мягок, чем 6061 и 6082, при обработке резанием слегка
"пластилиновый", за что его не любят токари. Распространен и дешев, других особых преимуществ
не имеет. Дешевый алюминиевый профиль из непонятного сплава имеет хорошие шансы оказаться им.
\item 5083. Сплав с магнием (>4\% Mg). Отличная коррозионная стойкость, устойчив в морской воде.
Один из лучших вариантов для деталей, работающих под дождем. Тоже может встретиться в магазине
стройматериалов, наряду с другими подобными марками.
\item 44400, он же "силумин". Сплав с большим процентом кремния (Si >8\%). Литейный.
Низкая температура плавления, при пайке твердыми припоями риск расплавить саму деталь. Хрупок,
при изгибе ломается. На изломе видны характерные кристаллы.
\item 7075. \NC 2,1–2,9\% Mg, 5,1–6,1\% Zn, 1,2–1,6\% Cu. Очень своеобразный сплав, отличается даже
цветом (пленка окислов слегка золотистая). Неожиданно твердый для алюминия, по твердости сравним
с мягкой сталью. Плохо анодируется. Не паяется вообще. Не предназначен для сварки. Не гнется и не
куется вообще. Не годится для литья. Резанием обрабатывается отлично, прекрасно полируется.
Хорош для ответственных деталей. Используется для винтов в велосипедах, в оружии (материал многих
деталей винтовки M16).
% http://www.thefabricator.com/article/aluminumwelding/aluminum-workshop-what-s-so-bad-about-welding-7075-2024-
% про сварку 7075
\stopitemize
Относительно невысокая температура плавления (\unit{660 celsius} у чистого, меньше
\unit{600 celsius} у литейных сплавов) алюминия делает возможным отливку деталей в песочные формы
в условиях гаража/мастерской. Однако многие марки алюминия не годятся для литья.
\startsubsubject[title={Примеры применения}]
\usagedesc{Провода.} Алюминий дешев, поэтому толстые силовые кабели,
СИП\footnote{СИП — Самонесущий Изолированный Провод},
ЛЭП\footnote{ЛЭП — Линия ЭлектроПередач} выгодно делать из алюминия. В старых
домах квартирная проводка сделана алюминиевым проводом (с 2001 года ПУЭ
запрещает в квартирах использовать алюминиевый провод, только медный,
см ниже\footnote{Правила устройства электроустановок, 7-е издание, п.~7.1.34})
\footnote{Есть прелюбопытнейший приказ минэнерго РФ №968 от 16.10.17 легализующий алюминий
новых сплавов в проводке зданий, но приказ противоречит ПУЭ. }.
Также алюминий не используется как проводник в ответственных применениях.
\placefigure[here]{
Слева старый алюминиевый провод. Справа алюминиевые кабели различного сечения,
пригодные для укладки в грунт. В частности, кабелем справа был подключен к
электроэнергии целый этаж здания. Кабель помимо наружной резиновой оболочки
имеет бронирующую стальную ленту для защиты нижележащей изоляции от повреждений,
к примеру, лопатой при раскопке.
}{\externalfigure[al-wires.jpg][width=\textwidth]}
\usagedesc{Теплоотводы.} Не только домашние батареи делают из алюминия, но и
радиаторы у микросхем, процессоров.
\placefigure[here]{
Различные алюминиевые радиаторы.
}{\externalfigure[al-cooler.jpg][width=\textwidth]}
\usagedesc{Корпуса приборов.} Корпус жёсткого диска в вашем компьютере отлит
из алюминиевого сплава. Небольшая добавка кремния улучшает прочностные качества
алюминия, сплав силумин:\footnote{https://ru.wikipedia.org/wiki/Силумин}
это корпуса жёстких дисков, бытовых приборов, редукторов и т.~д.
Анодированный алюминий (алюминий, у которого электрохимическим путем окисная
пленка на поверхности сделана потолще и прочнее) хорошо окрашивается и просто красив.
Окисная пленка (\chemical{Al_2O_3} — из того же вещества состоят драгоценные
камни рубины и сапфиры) достаточно твёрдая и износостойкая, но, к сожалению,
алюминий под ней мягок, и при сильном воздействии ломается как лёд на воде.
\usagedesc{Экраны.} Электромагнитное экранирование часто делается из алюминиевой
фольги или тонкой алюминиевой жести. Можете провести простой эксперимент, мобильный
телефон завернутый в фольгу потеряет сеть — он будет заэкранирован.
\usagedesc{Отражающее покрытие у зеркал.} Тонкая пленка алюминия на стекле
отражает 89\%\footnote{значения примерные, точное значение зависит от длины
волны и типа покрытия} падающего света (Серебро 98\%, но на воздухе темнеет
из-за сернистых соединений). Любой лазерный принтер содержит вращающееся зеркало,
покрытое тонким слоем алюминия.
\placefigure[here]{
Зеркала от оптической системы планшетного сканера. Обратите внимание,
оптические зеркала имеют металлизацию стекла снаружи, в отличии от привычных
бытовых зеркал, где отражающее покрытие для защиты за стеклом. Бытовые зеркала
дают двойное отражение — от поверхности стекла и от отражающего покрытия,
что не так критично в быту, как защищенность отражающего покрытия.
}{\externalfigure[al-mirror.jpg][width=\textwidth]}
\usagedesc{Электроды обкладок конденсаторов.} Алюминиевая фольга, разделенная
слоем диэлектрика и туго свернутая в цилиндр — часть электрических конденсаторов
(впрочем, для уменьшения габаритов конденсаторов фольгу заменяют алюминиевым напылением).
Тот факт, что пленка оксида алюминия тонкая, прочная и не проводит ток, используется
в электролитических конденсаторах, обладающими огромными для своих габаритов
электрическими емкостями.
\usagedesc{Микропровод.} Тончайшей проволокой из алюминия подключают кристаллы микросхемы к
выводам корпуса. Также может использоваться медная и золотая проволока.
\stopsubsubject
\startsubsubject[title={Недостатки}]
\problemdesc{Алюминий — металл активный,} но на воздухе покрывается оксидной пленкой,
которая предохраняет металл от разрушения и скрывает его активную натуру. Если
не дать алюминию формировать стабильную защитную пленку, например капелькой
ртути, алюминий активно реагирует\footnote{https://www.youtube.com/watch?v=Z7Ilxsu-JlY}
с водой. В щелочной среде алюминий растворяется, попробуйте залить
алюминиевую фольгу средством для прочистки труб — реакция будет бурная, с выделением
взрывоопасного водорода. Химическая активность алюминия, в паре с большой
разницей в электроотрицательности с медью делает невозможным прямое соединение
проводов из этих двух металлов. В присутствии влаги (а она в воздухе есть почти всегда)
начинает протекать гальваническая коррозия\footnote{http://lab115.com/?p=8}
с разрушением алюминия.
\placefigure[here]{Два идентичных трансформатора от микроволновых печей. Левый вышел из строя по причине алюминиевых обмоток - отгорел провод от контакта - алюминий плохо паяется мягкими припоями, попытка обеспечить контакт также как и у медного провода привела к поломке.
}\startcombination[2*1]
{\externalfigure[MOTs.jpg][width=0.45\textwidth]}
{\externalfigure[MOT_CUT.jpg][width=0.45\textwidth]}
\stopcombination
\problemdesc{Алюминий ползуч.} Если алюминиевый провод очень сильно сжать, он деформируется и
сохранит новую форму — это называется "пластическая деформация". Если сжать его
не так сильно, чтобы он не деформировался, но оставить под нагрузкой надолго —
алюминий начнет "ползти" меняя форму постепенно. Это пакостное свойство ведет к
тому, что хорошо затянутая клемма с алюминиевым проводом спустя 5–10–20 лет
постепенно ослабнет и будет болтаться, не обеспечивая былого электрического
контакта. Это одна из причин, почему ПУЭ запрещает тонкий алюминиевый провод
для разводки электроэнергии по конечным потребителям в зданиях.
\footnote{См п. 7.1.34 ПУЭ 7 издания} В промышленности не
сложно обеспечить регламент — так называемая "протяжка" щитка, когда электрик
периодически (1–2 раза в год) проверяет затяжку всех клемм в щитке. В домашних же условиях,
обычно пока розетка с дымом не сгорит — никто и не озаботится качеством
контакта. А плохой контакт — причина пожаров.
\problemdesc{Алюминий, по сравнению с медью, менее пластичный,}
риска от ножа на жиле, при сьёме изоляции с провода быстрее приведет к
сломавшейся жиле, чем у меди, поэтому изоляцию с алюминиевых проводов надо
счищать как с карандаша, под углом, а не в торец.
\stopsubsubject
\startsubsubject[title=Интересные факты об алюминии]
\startitemize[intro]
\item Алюминий — хороший восстановитель, что используется для восстановления
других металлов, например титана из состояния диоксида.
Теодор Грей\footnote{Настоятельно рекомендую книги Теодора Грея «Элементы.
Путеводитель по периодической таблице», «Научные опыты с периодической
таблицей», «Эксперименты. Опыты с периодической таблицей». Они очень хорошо
сделаны визуально, и опыты в них не приторно безопасные, как в большинстве
современных пособий, могут и бабахнуть.}
в домашних условиях проводил\footnote{http://graysci.com/chapter-five/homemade-titanium/}
такой опыт. В смеси с окислом железа алюминиевая пудра
образует термит\footnote{https://ru.wikipedia.org/wiki/Термитная_смесь}
— адскую смесь, которая горит разогреваясь до 2400°С при этом
восстанавливается железо и весело стекает вниз, что используется для сварки
рельсов, иным способом такой кусок железа качественно и быстро не прогреть.
Термитные карандаши позволяют в полевых условиях сваривать провода, а бравый
спецназовец термитной горелкой
пережжет\footnote{http://www.empi-inc.com/tec_torch.html} дужку самого крепкого замка.
\item Чтобы сделать бисквит нежным и воздушным используется пекарский
порошок\footnote{https://ru.wikipedia.org/wiki/Пекарский_порошок}.
Такой же порошок есть для того, что бы сделать пористым бетон — Алюминий + щелочь.
\footnote{\hyphenatedurl{http://litebeton.ru/statya/alyuminievye-pudry-pasty-dlya-proizvodstva-gazobetona-gidrofilnye-dobavki-dlya-pudr-obzor}}
\item Алюминий — активный металл, но он быстро покрывается окисной пленкой,
которая защищает его от разрушения. Рубин, сапфир, корунд — это всё названия
одного и того же вещества — оксида алюминия \chemical{Al_2O_3} Белые точильные
круги и бруски состоят из электрокорунда — оксида алюминия.
\item Можно убедиться в активности алюминия простым опытом. Нарежьте
алюминиевую фольгу в стакан, добавьте медный купорос и поваренную соль, залейте
холодной водой. Спустя некоторое время смесь закипит, алюминий будет
окисляться, восстанавливая медь, с выделением тепла.
\item Алюминий неплохо поддается экструзии. Корпуса приборов из нарезанного и
обработанного экструдированного профиля значительно дешевле литых.
\placefigure[here]{
Алюминиевый корпус внешнего аккумулятора для телефона. Экструдированный
анодированный окрашенный профиль.
}{\externalfigure[al-extrusion.jpg][width=\textwidth]}
\item Алюминий весьма посредственно
паяется\footnote{http://aluminium-guide.ru/myagkie-pripoi-dlya-alyuminiya/}
мягкими (оловянно-свинцовыми) припоями, неплохо паяется цинковыми припоями.
При конструировании приборов это стоит помнить, соединить провод с алюминиевым
шасси проще прикрутив винтом к запрессованной стойке, чем припаять. В твердых марках
алюминия (6061, 6082, 7075) можно нарезать резьбу для винта непосредственно.
\item Алюминий можно сваривать аргоновой сваркой, но качественный шов получается только
при TIG-сварке на {\it переменном} токе. Непрерывная смена полярности измельчает пленку
окислов, которая в противном случае может попасть в шов. Учитывайте это при выборе сварочного
аппарата для мастерской, если вам может потребоваться варить и алюминий.
\stopitemize
\stopsubsubject
Еще раз важное замечание. {\bf Алюминиевые и медные проводники напрямую соединять нельзя!
Для соединения проводников из меди и алюминия используйте промежуточный металл,
например, стальную клемму.}
\startsubsubject[title={Источники}]
В крупных строительных магазинах (OBI, Leroy Merlin, Castorama) обычно есть в
наличии алюминиевый профиль разных размеров и форм. Неплохим источником может
послужить штампованная алюминиевая посуда — она очень дешева и существует
разных форм. Но обратите внимание на марки. Если нужен 6061 и тем более 7075,
придется покупать его у фирмы, специализирующейся на продажах металлов.
\stopsubsubject
\stopsubject
\startsubject[title={Железо}]
\materialdesc{Fe — железо.} Основной конструкционный материал в промышленности
используется также и в электротехнике. Плохая, по сравнению с медью,
электропроводность компенсируется очень низкой ценой. И, что важнее в России,
меньшей привлекательностью для охотников за металлом, заземление из толстой
ржавой трубы простоит без охраны дольше красивой медной шины.
В технике железо применяется почти исключительно в виде сплавов с углеродом — чугуна и сталей.
Свойства сталей разных марок весьма различны: от мягких до твердых инструментальных.
\startsubsubject[title={Примеры применения}]
\usagedesc{Метизы.} Винты, шайбы, гайки из стали изготавливаются огромными
количествами на специально разработанном для этого оборудовании. Метизы из
других металлов встречаются очень редко и значительно дороже. Поэтому, в
большинстве случаев, медный наконечник медного провода будет притянут к медной
же шине стальным болтом (или омеднённым). Также важным является высокая прочность стали, медный
болт не затянуть с усилием стального. Обратите внимание на цифры на головке болта:
они обозначают его прочность. Чем больше число, тем сильнее можно затягивать болт.
\usagedesc{Клеммные колодки, соединители.} Соединители типа "орех" содержат
стальные пластинки с защитным покрытием от коррозии. Также, применение стали
необходимо для предотвращения гальванической коррозии при соединении медных
и алюминиевых проводов.
\placefigure[here]{
Соединитель «орех». Внутри пластиковой оболочки комплект стальных пластин с
винтами, позволяет сделать ответвление от жилы кабеля не разрезая саму жилу.
Также позволяет перейти от алюминиевой жилы на медную.
}{\externalfigure[fe-connector.jpg][width=\textwidth]}
\usagedesc{Контуры заземления.} Требования электробезопасности обязывают
предусматривать заземление. Часто, в промышленных условиях, заземляющую шину
изготавливают из стального проката, закрепленного по периметру стены. Плохая
электропроводность стали компенсируется большим сечением проводника. Во многих
случаях правила безопасности и стандарты предписывают делать детали заземления
именно из стали по соображениям механической прочности.
\placefigure[here]{
Стальная полоса, огибающая колонну — шина заземления.
}{\externalfigure[fe-grounding.jpg][width=\textwidth]}
\usagedesc{Широко используются магнитные свойства стали}
— из стальных пластин собирают сердечники трансформаторов, дросселей.
\stopsubsubject
\startsubsubject[title={Недостатки}]
\problemdesc{Коррозия.} Железо ржавеет, при этом плотность ржавчины ниже
плотности исходного железа, из-за этого конструкция
распухает\footnote{https://en.wikipedia.org/wiki/Rust\#/media/File:Rust_wedge.jpg}. Поэтому железо
покрывают защитными покрытиями — оцинковка, лужение, хромирование,
окраска и т.д. Разные марки стали подвержены коррозии в разной степени, причем по
закону подлости сильнее всего ржавеют именно те, которые легче всего обрабатываются на станках.
\stopsubsubject
\stopsubject
\startsubject[title={Золото}]
\materialdesc{Au — Золото.} Самый бестолковый драгоценный металл. Имеет меньше
всего применений в технике из всех драгоценных металлов, но является символом
богатства. На удивление дороже платины (2017 г.), что лишено здравого смысла и
является лишь результатом спекуляций.
\startsubsubject[title={Примеры применения}]
\usagedesc{Покрытия контактов.} Благодаря тому, что золото на воздухе не
окисляется, контакты покрывают очень тонким слоем золота. В силу мягкости золота
покрытие не подходит для контактов много работающих на истирание, в таких случаях
подбирают более твердые покрытия (например родиевые), или легируют золото.
\placefigure[here]{
Золотое покрытие на различных электронных компонентах: покрытие на
контактах платы для установки в слот, покрытие на контактах мембранных кнопок
мобильного телефона, покрытие на штырьках процессора.
}{\externalfigure[au-coating.jpg][width=\textwidth]}
\usagedesc{Защита от коррозии.} В некоторых ответственных применениях
используется золотое покрытие для защиты проводников от коррозии (в основном —
военка). Когда-то покрытие золотом являлось единственным способом защитить детали
электроники от коррозии в условиях джунглей, поэтому у многих старых радиодеталей
позолочены даже корпуса. А сейчас обычно просто заливают плату компаундом в "кирпич".
\stopsubsubject
\startsubsubject[title={Интересные факты о золоте}]
Золото — один из четырех металлов, имеющий оттенок в не окислившемся
состоянии. Все остальные металлы белые (желтоватый цвет имеют золото и цезий,
медь - красноватая и в сплавах золотистая, осмий имеет голубой отлив).
Плотность золота отличается от плотности вольфрама незначительно (\unit{19,32 gram / cubic cm}
у золота, \unit{19,25 gram / cubic cm}), этим пользуются для
подделки\footnote{\hyphenatedurl{http://www.zerohedge.com/news/tungsten-filled-10-oz-gold-bar-found-middle-manhattans-jewelry-district}}
золотых слитков, покрывая вольфрамовый слиток слоем золота. Некоторые теории заговора утверждают, что возможно это одна из
причин, почему США никому не дают проверить подлинность их золотого
запаса. И, возможно, поэтому они отдали Германии их золото не
сразу\footnote{https://utro.ru/articles/2016/03/21/1275137.shtml}.
Можно извлечь\footnote{https://geektimes.ru/post/258242/} золото химически из горы старой
электроники, но это не всегда экономически целесообразно и
преследуется по закону (ст. 191, 192 УК РФ).
Бестолковость золота требует пояснений. Представим добычу благородных металлов в 2016 году.
Из всей добытой платины 64\% потребила промышленность. \footnote{Здесь и далее цифры примерные, усредненные по нескольким источникам}.
Из всего добытого серебра 68\% потребила промышленность.
Из всего добытого палладия 96\% потребила промышленность.
Из всего добытого золота всего 10\% потребила промышленность. Остальное ушло на украшения и на слитки в сейфах.
%https://www.gold.org/research/gold-demand-trends/gold-demand-trends-full-year-2016#package
%https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_countries_by_gold_production
%https://www.gold.org/research/gold-demand-trends/gold-demand-trends-full-year-2016/technology
%https://www.gold.org/research/gold-demand-trends/gold-demand-trends-full-year-2016/jewellery
%http://www.ereport.ru/articles/commod/gold.htm
%http://www.platinum.matthey.com/documents/new-item/pgm%20market%20reports/pgm_market_report_november_2016.pdf
%https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/platinum/550400.pdf
%https://www.platinuminvestment.com/files/Platinum_Fundamentals_forecast_Glaux_2016.pdf
%http://www.platinum.matthey.com/documents/new-item/pgm%20market%20reports/pgm-market-report-may-2016.pdf
%http://or2014.nornik.ru/en/apps/53-application.pdf
%https://www.statista.com/statistics/253345/global-silver-demand-by-purpose/
%http://www.scotiamocatta.com/scpt/scotiamocatta/prec/Silver_Forecast_2016.pdf
%https://www.monex.com/cpm/2016CPMpgm.pdf
\stopsubsubject
\stopsubject
\startsubject[title={Никель}]
\materialdesc{Ni — Никель.} Замечательный металл, но в электронной технике
основное применение в виде покрытий, как в чистом виде, так и в паре с хромом.
\startsubsubject[title={Примеры применения}]
\usagedesc{Покрытие контактов.} Наносится на медь, пластик для надежного
контакта и для декоративных целей. Жадные китайцы иногда вообще делают контакты
из пластмассы, покрывая сверху слоем никеля и хрома, внешне выглядит
нормальным, даже как то работает, но ни о какой надежности речи не идет.
\placefigure[here]{
Различные разъемы, покрытые никелем для надежного контакта.
}{\externalfigure[ni-coating.jpg][width=\textwidth]}
\placefigure[here]{
У разъема справа для экономии металла сердцевина штыря сделана
полой с заливкой пластиком. Латунная никелированная трубочка, из которой сделан
штырь, не самый худший вариант.
}{\externalfigure[ni-connectors.jpg][width=\textwidth]}
\usagedesc{Тоководы у ламп.} Сплав Платинит (46\% Ni, 0,15\% C, остальное — Fe)
не содержит платины, но имеет очень близкое к платине значение линейного
температурного расширения (и близкое к стеклу), что позволяет делать из него надежные электроды,
проходящие через стекло. Для аналогичных целей используют сплав Ковар (29\% Ni, 17\% Co, 54\% Fe).
Такие электроды при изменении температуры не вызывают растрескивания стекла и потерю герметичности.
Место сплавления стекла с этими сплавами имеет красноватый оттенок что ошибочно воспринимается за медь.
\usagedesc{Промежуточные защитные слои.} Для защиты от коррозии, взаимной диффузии
металлов при создании покрытий, могут формироваться промежуточные слои из никеля.
Например при покрытии меди слоем золота, если не предусмотрен разделительный слой из никеля,
золотое покрытие со временем из-за диффузии растворится в меди и потеряет целостность.
Жала современных паяльников защищены слоем никеля, так как жало из голой меди медленно
растворяется в олове, теряя форму.
\stopsubsubject
\stopsubject
\startsubject[title={Вольфрам}]
\materialdesc{W — Вольфрам.} Тугоплавкий металл, температура плавления \unit{3422 celsius},
что определяет основное его использование — нити накала и электроды.
\startsubsubject[title={Примеры применения}]
\usagedesc{Нити накала.} В лампах накаливания, в галогеновых лампах спираль
изготовлена из вольфрама, нагревается электрическим током до белого каления,
при этом сохраняя свою форму. Также катоды в радиолампах изготавливаются из
вольфрама, но раскаливаются не до таких высоких температур, как осветительные
лампы, специальное покрытие на катоде позволяет протекать термоэлектронной
эмиссии при невысоких температурах.
\placefigure[here]{
Нить накаливания этой галогеновой лампы изготовлена из вольфрама. Галоген, обычно пары иода,
химически связывает испаряющийся с нити вольфрам и возвращает его на нить, что
позволяет повысить температуру накала спирали и уменьшить габарит лампы без страха,
что вольфрам постепенно осядет на стенках колбы.
}{\externalfigure[w-filament.jpg][width=\textwidth]}
\placefigure[here]{
Мощная лампа накаливания от проектора. Даже тугоплавкий вольфрам со временем
испаряется и оседает на стенках колбы в виде темного налета. Данного недостатка
лишены галогеновые лампы.
}{\externalfigure[w-lamp.jpg][width=\textwidth]}
\usagedesc{Электроды дуговых ламп и сварочные электроды.} В ксеноновых дуговых лампах,
ртутных дуговых лампах, электроды должны выдерживать температуру электрической
дуги, при этом не расплавляясь и не изменяя своей формы, что под силу только
вольфраму. Также электроды для сварки неплавящимся электродом изготовлены из
вольфрама (TIG сварка).
\usagedesc{Аноды рентгеновских трубок.} Поток электронов от катода в рентгеновской
трубке, разогнанный высоким напряжением тормозится бомбардируя анод, очень сильно
нагревая его, поэтому такие аноды, особенно если они не имеют водяного охлаждения,
зачастую изготавливаются из вольфрама. Однако в физических лабораториях часто применяют
и аноды из меди или кобальта в связи с особенностями спектра рентгеновского излучения от
таких анодов.
\stopsubsubject
\startsubsubject[title={Источники}]
Вольфрам — не очень пластичный материал, поэтому спиральку из лампы накаливания
вряд ли удастся выпрямить и использовать по своему разумению. Если вдруг понадобится
вольфрамовый стержень — вам пригодится любой магазин по сварочному делу, электрод для
TIG-горелки без содержания лантана и других присадок. Проволоку для нитей накала самодельной
техники нетрудно купить на eBay.
Цветовая маркировка электродов:
\startitemize[intro]
\item Зеленый — чистый вольфрам.
\item Красный, оранжевый — вольфрам + торий ({\it Радиоактивно! Не шлифовать, не резать - пыль опасна!}).
\item Голубой — вольфрам + сложная смесь.
\item Черный, желтый, синий — вольфрам + лантан.
\item Серый — вольфрам + церий.
\item Белый — вольфрам + цирконий.
\stopitemize
\stopsubsubject
\stopsubject
\startsubject[title={Ртуть}]
\materialdesc{Hg — Ртуть.} При комнатной температуре — блестящий, собирающийся в шарики
жидкий металл. По экологическим соображениям использование ртути сокращается, но она
широко использовалась в старых приборах, поэтому заслуживает упоминания.
Как и большинство металлов, ртуть образует сплавы. Но ртуть, будучи жидкой при комнатной температуре,
способна сплавляться с металлами без дополнительного нагревания, растворять их. Растворенный в
ртути металл, сплав металла с ртутью называется {\it "амальгама"}.
\startsubsubject[title={Примеры применения}]
\usagedesc{Жидкий контакт} в датчиках положения, ртутных электроконтактных термометрах.
\placefigure[here]{
Различные ртутные приборы. Слева — мощный ртутный переключатель, замыкающий/размыкающий
цепь при наклоне. Ниже на чёрных платках — аналогичные китайские ртутные
переключатели — датчики положения из детского набора с Arduino. Сверху — колба
ртутного электроконтактного термометра. В стекло вплавлены проволочки так, что
при температуре 70°С столбик ртути в капилляре замыкает цепь (температура
указана на корпусе).
}{\externalfigure[hg-devices.jpg][width=\textwidth]}
\usagedesc{В термометрах.} Низкая температура замерзания, высокая температура кипения и большой
коэффициент теплового расширения делают ртуть одним из самых удобных веществ для лабораторных
и медицинских термометров. В бытовых термометрах ртуть уже очень давно не используется.
\usagedesc{В манометрах и барометрах.} Ртуть тяжелая, поэтому для уравновешивания атмосферного
давления достаточно 70–\unit{80 cm} высоты столбика ртути. Хотя ртутные барометры в основном
вышли из употребления, единицы измерения давления "миллиметр ртутного столба", а в вакуумной
технике — "микрон ртутного столба" и "торр" (округленный вариант мм.~рт.~ст.) используются
и по сей день. Нормальным атмосферным давлением считается 760~мм.~рт.~ст.
\usagedesc{В нормальных элементах.} Батарейка\footnote{Попытка запитать от такой батарейки самоделку обернется провалом -
батарейка имеет большое внутренее сопротивление (порядка единиц \unit{kilo ohm}) и не предназначена отдавать токи больше
сотых долей микроампера, да и то с перерывами.} с электродами из жидкой ртути, в которой растворены
сульфаты ртути и кадмия, имеет ЭДС, известную и стабильную до единиц микровольт
(теоретически \unit{1,018636 volt} при \unit{20 celsius}). Такие элементы до сих пор
используются в метрологии в качестве опорных источников напряжения, хотя и вытесняются полупроводниковыми
схемами. Сосуд с ртутью в нормальном элементе запаян, однако он стеклянный, и ртути в нем много.
Поэтому будьте осторожны, если найдете где-нибудь круглую железную банку с бакелитовой крышкой,
клеммами и надписью "нормальный элемент" на бакелите. Внутри у нее — стеклянная колба с весьма
опасными веществами.
\placefigure[here]{Элемент нормальный насыщенный, НЭ-65, класс точности 0,005. Внешний вид корпуса нормальных элементов может различаться. Ниже - содержимое корпуса, видна ртуть в нижней части колб. Такие элементы должны утилизироваться специализированной организацией.
}\startcombination[1*2]
{\externalfigure[Weston_cell.jpg][width=0.45\textwidth]}
{\externalfigure[Weston_cell_open.jpg][width=0.45\textwidth]}
\stopcombination
\usagedesc{В диффузионных вакуумных насосах.} Струя ртутного пара, выходящая из сопла с большой
скоростью, захватывает молекулы воздуха и вытягивает их из откачиваемого объема. Затем ртутный
пар конденсируется за счет охлаждения жидким азотом и используется снова. Насосы такого типа
когда-то использовались для откачки радиоламп. Сейчас вместо ртути используются нетоксичные
и не требующие жидкого азота силиконовые масла, но в некоторых лабораториях до сих пор можно
найти старые ртутные системы.
\usagedesc{Пары ртути — рабочий газ люминесцентных ламп.} Несмотря на то, что люминесцентная
лампа должна содержать небольшое количество ртути, в некоторых лампах ртути добавлено от души,
и видно, как в колбе перекатывается шарик ртути. Пары ртути при возбуждении их электрическим
током излучают яркий свет, преимущественно в синей и ультрафиолетовой области. Помимо них в
спектре ртути есть яркие желтый и зеленый дублеты, по наличию которых ртутную лампу легко
отличить от любой другой, посмотрев на нее через призму или отражение в компакт-диске.
Специальная ртутная лампа в лабораториях используется как источник зеленого света с известной
длиной волны.
\usagedesc{В мощных тиратронах и ртутных выпрямителях.} Используется так же, как и в ртутных
лампах. Мощные ртутные вентили широко использовались для питания локомотивов на железных дорогах
и в других подобных задачах до появления полупроводниковых приборов.
\usagedesc{Как растворитель для металлов} при выделении золота и платины из сырья амальгамацией