forked from Serkov/Dao
-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 0
/
Copy pathmanual.tex~
3397 lines (2510 loc) · 269 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
\enableregime[utf]
\mainlanguage[russian]
\setuppapersize[A4]
\setupbodyfont[computer-modern-unicode,10pt,rm]
\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}]
% 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
]
\starttext
Руководство по материалам электроники.
%надо придумать другое название, короткое и запоминающееся
Версия *** от \date[d=19,m=5,y=2017][weekday, day, month,year]
Данный документ сгенерирован
\currentdate
\page[yes]
\completecontent
\starttitle[title={Введение, которое обычно никто не читает}]
Обычно мало смысла от прочтения введения, там нет никакой полезной информации,
поэтому можно смело перелистывать дальше. А тем, кто читает всё подряд, я
расскажу что это за пособие, зачем оно было написано и прочую не очень важную
информацию.
Много полезного есть в книгах и в интернете, но нет места где были бы собраны в
одном месте:\footnote{Если знаете такое место — поделитесь со мной [email protected]}
информация о материалах, зачем они вообще нужны, как с ними работать, как их обрабатывать.
И чтобы с картинками, и без высоколобого академизма. Не секрет, что большинство учебников
по материаловедению скучны.
Что вы найдете в пособии:
\startitemize
\item Практически нет страшных математических формул
\item Автор инженер, меньше теории, больше практики
\item Максимально дружелюбно для новичков и гуманитариев
\item Много цветных картинок — почти все фотографии автор делал лично, а не тырил из интернета.
\item Сильный перекос в сторону электроники. Если вам хочется больше узнать про
сорта стали, сплавы цветных металлов — вы будете разочарованы.
\stopitemize
Плюшки данного пособия:
\startitemize
\item Весь текст написан полностью мной, если не указано иное. 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 Пособие живое, я вношу в него дополнения, исправляю ошибки которые
находят мои читатели. Сверяйтесь с актуальной версией пособия, первоисточник —
мой блог http://serkov.me
\item Большую часть материалов я хотя бы щупал, использовал в своих
конструкциях, а не видел только на картинке.
\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). 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».
\item 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. Внимательно читайте подписи под картинками,
многие фотографии одновременно относятся к разным разделам.
\stopitemize
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
\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
Если вам понравилось пособие, я буду рад вашим комментариям. С удовольствием
приму в коллекцию дары в виде экзотичных образцов материалов, химических
элементов. Если у вас есть дополнения или вы нашли ошибку - обязательно
напишите мне письмо на [email protected].
В документе часто встречаются ссылки на различные странички в интернете. Чтобы
ссылки не пострадали при распечатке этого документа, я их продублировал в
открытом виде в сноске.
\stoptitle
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\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
различных металлов:
\starttabulate[|l|l|]
\HL
\NC Металл \NC \rho, \unit{ohm square mm per meter} \NR
\HL
\NC Серебро \NC 0,015...0,0162 \NR
\NC Медь \NC 0,01724...0,018 \NR
\NC Золото \NC 0,023 \NR
\NC Алюминий \NC 0,0262...0,0295 \NR
\NC Иридий \NC 0,0474 \NR
\NC Вольфрам \NC 0,053...0,055 \NR
\NC Молибден \NC 0,054 \NR
\NC Цинк \NC 0,059 \NR
\NC Никель \NC 0,087 \NR
\NC Железо \NC 0,098 \NR
\NC Платина \NC 0,107 \NR
\NC Олово \NC 0,12 \NR
\NC Свинец \NC 0,217...0,227 \NR
\NC Титан \NC 0,5562...0,7837 \NR
\NC Висмут \NC 1,2 \NR
\HL
\stoptabulate
Видим лидеров нашего списка: Ag, Cu, Au, Al.
\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 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 технике.} Ток высокой частоты, из-за
скин-эффекта\footnote{https://ru.wikipedia.org/wiki/Скин-эффект} течет по
поверхности проводника, а не в его толще, поэтому тонкое покрытие волновода
серебром дает бОльший прирост проводимости, чем покрытие
серебром проводника для постоянного тока
\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, стоимость этой малой добавки
серебра к стоимости изделия незначительно. Хотя при утилизации большого количества реле,
стоимость серебра делает
целесообразным\footnote{http://www.weeerecycling.ru/2016/10/04/контакты-от-пускателей/}
работу бокорезами по отделению контактов в кучку для последующего аффинажа.
\placefigure[here]{
Контакты силового реле на 16А.
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, он 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 многожильные провода 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
\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 ненадежной.
\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}
\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 выдерживая некоторое время.
Поэтому некоторые медные изделия твёрдые, а некоторые мягкие, например медные трубы.
\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.
\stopitemize
\stopsubsubject
\stopsubject
\startsubject[title=Алюминий]
\materialdesc{Al - Алюминий.} "Крылатый металл" третий по проводимости после
серебра 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 (исключения - провода и
фольга). 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:
\startitemize
\item 1199. Чистый 99,99\% алюминий. Бывает почти исключительно в виде фольги.
\item 1050 и 1060. Чистый 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 сваривается вообще. 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).
\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}).
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.
\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 электрооотрицательности 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 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 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
\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}
— адская 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{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 по металлам.
\stopsubsubject
\stopsubject
\startsubject[title={Железо}]
\materialdesc{Fe - железо.} Основной конструкционный материал в промышленности
используется также и в электронной технике. 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 и 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. 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.} Всем известные "орехи" 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
необходимо покрывать 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.
\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{http://www.zerohedge.com/news/tungsten-filled-10-oz-gold-bar-found-middle-manhattans-jewelry-district}
золотых слитков, покрывая вольфрамовый слиток слоем золота. Возможно, это одна из
причин, почему американцы 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).
\stopsubject
\startsubject[title={Никель}]
\materialdesc{Ni - Никель.} Замечательный металл, но в электронной технике
основное применение - как дешевая альтернатива золоту - покрытие контактов.
Если контакт покрыт белым блестящим металлом, то это скорее всего никель.
\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]}
К сожалению, образец я выбросил, вот фото двух разъемов, у левого центральный
стержень цельнометаллический, а у правого - латунная трубочка, заполненная
пластиком.
\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, что позволяет делать из него надежные электроды,
проходящие через стекло. Такие электроды при изменении температуры не вызывают
растрескивания стекла и потерю герметичности.
\usagedesc{Промежуточные защитные слои.} Для защиты от коррозии, взаимной диффузии
металлов при создании покрытий, могут формироваться промежуточные слои из никеля.
Жала современных паяльников защищены слоем никеля, жало из голой меди медленно
растворяется в олове, теряя форму.
\stopsubsubject
\stopsubject
\startsubject[title={Вольфрам}]
\materialdesc{W - Вольфрам.} Тугоплавкий металл, температура плавления \unit{3422 celsuis},
что определяет основное 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, см. фото выше.
}{\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
\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
коэффииент теплового расширения делают ртуть одним из самых удобных веществ для лабораторных
и медицинских термометрах. 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. Справа - 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 тиристоров.
\usagedesc{Как растворитель для металлов} при выделении золота и платины из сырья амальгамацией
и в производстве зеркал. Ртуть выпаривается, металл остается. Иногда этот процесс неправильно
называют "аффинаж", путая его с совершенно другим способом выделения драгметаллов.
\usagedesc{В ртутных счетчиках времени наработки.} В старой технике ртутный капиллярный
кулономер использовался как счетчик часов, которые проработал прибор. Гениальная по простоте
и надёжности конструкция. Увы в моей коллекции такого нет, но вот хорошее
видео\footnote{http://benkrasnow.blogspot.ru/2014/05/unusual-usage-hours-counter-with.html}.
\usagedesc{В амальгамных зубных пломбах.} Встречаются и по сей день, особенно в США.
\stopsubsubject
\startsubsubject[title={Токсичность}]
Все изделия, содержащие ртуть, должны утилизироваться специализированной службой.
Недопустимо выбрасывать их с бытовым мусором во избежание скопления ртути на свалке.
Все разливы ртути должны быть собраны, а поверхности демеркуризованы.
Ртуть хорошо
испаряется\footnote{https://www.youtube.com/watch?v=TZprgqZh4IE} при комнатной температуре,
поэтому закатившийся в щель шарик ртути долгое время будет отравлять воздух.
Также все разливы ртути должны быть собраны, а поверхности демеркуризованы.
Демеркуризация: {\bf НЕ СОБИРАЙТЕ РТУТЬ ПЫЛЕСОСОМ!} Не подметайте веником! Пылесос испаряет много
ртути в воздух и сам навсегда ею загрязняется, а веник дробит шарики на мелкие части, которые
закатываются в щель. А вот закатывать шарик на листок бумаги - можно. Еще можно пользоваться
свойством ртути липнуть ко многим металлам (и растворять их), но использованные при сборе
металлические предметы придется утилизировать. Собранную ртуть сдайте. {\bf НЕ ВЫЛИВАТЬ В УНИТАЗ!}
- тяжелая ртуть не смоется водой и останется навсегда в трубе!
Проблемой является сбор мелких шариков, могущих закатиться в щели и там остаться. В старой
литературе часто рекомендуют посыпать подозрительные места порошком
серы, однако это {\it совершенно бесполезно}. Реально работающие средства демеркуризации - это,
например, раствор перманганата калия ("марганцовка") или раствор хлорного железа (тот же, что и
для травления печатных плат). Процесс при этом аналогичен травлению платы, ртуть переходит в
водорастворимую форму и смывается затем водой. Однако {\it образующиеся при этом соединения намного
более ядовиты, чем металлическая ртуть}, поэтому не делайте этого сами, если только вы не
химик с опытом работы с токсичными веществами! Обратитесь к специалистам из санэпидстанции.
До приезда специалистов проветривайте комнату.
Некоторые в детстве играли шариками ртути, и "с ними ничего не было".
Действительно, вопреки распространенному мнению металлическая ртуть при кратковременном контакте
малоопасна.
Опасно вдыхание паров ртути, и это практически единственный путь поступления ее в организм.
Касание ртути пальцами никакой {\it дополнительной} опасности не добавляет. Более того, даже
проглатывание ртути обычно проходит без последствий для здоровья. Ртуть химически достаточно
инертна и выходит из организма естественным путем. Поэтому она является причиной не острых
отравлений, а {\it вялотекущих хронических}, проявляющихся в медленном постепенном ухудшении
здоровья и не всегда вовремя диагностируемых врачами. Именно этим ртуть и коварна: маленький
шарик, закатившийся под плинтус, будет годами испаряться и отравлять воздух в квартире, а
жильцы не будут понимать, чем и почему они болеют. Порча здоровья от контакта со ртутью в течение
нескольких дней может быть необратима.
Причина малой токсичности металлической ртути - в ее плохой {\it биодоступности}. Нерастворимая
в воде и химически инертная, почти как благородные металлы, она не может быстро попасть в
организм. Растворимые соединения ртути намного опаснее, и именно они образуются, когда ртуть
так или иначе попадает в организм человека, животных или в растения. Рекорд по токсичности
принадлежит {\it диметилртути} - это, вероятно, самое токсичное из известных человечеству веществ.
Капля диметилртути способна убить человека {\it сквозь резиновые перчатки}, причем первые симптомы
отравления могут появиться только на следующий день.
Растения поблизости от мусорной свалки способны накапливать ртуть именно в виде органических
соединений.
Вспомните об этом при соблазне выкинуть люминесцентную лампу в бак с обычным
мусором.
\stopsubsubject
\startsubsubject[title={Дополнительные сведения}]
Если вы нашли где-нибудь ртуть, не пытайтесь ее продать. Ртуть и ее соли считаются сильнодействующими
ядовитыми веществами (ст. 234 УК РФ). На содержащие ртуть приборы заводского производства,
соответствующие официальным стандартам, запрет не распространяется. Найденную ртуть
и неисправные ртутьсодержащие приборы, следует сдавать на переработку в
специализированные службы в вашем городе. Единственный широко доступный источник ртути
(если вдруг понадобится в научной работе) — медицинские термометры.
\stopsubsubject
\stopsubject
\stopchapter
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\startchapter[title={Так себе проводники}]
\startsubject[title={Углерод}]
\materialdesc{С - углерод.} Не совсем металл, но тоже проводник. Графит,
угольная пыль - не такие хорошие проводники как металлы, но зато очень дешевые,
не подвержены коррозии.
\startsubsubject[title={Примеры применения}]
\usagedesc{Компонент резисторов.} В виде пленок, в виде объемных брусков в диэлектрической
оболочке.
\usagedesc{Добавка в полимеры для придания электропроводности.} Для защиты от образования
статического электричества достаточно ввести в состав полимера мелкодисперсный
графит, и пластик из диэлектрика становится очень плохим проводником,
достаточным, что бы статический заряд с него стекал. При работе с изделиями из
такого пластика они не будут прилипать и искрить, что важно при пожароопасности
или работе с электроникой.
\placefigure[here]{
Токопроводящий лак на базе мелкодисперсного графита. Покрыв пластиковую деталь
таким лаком её электропроводность становится достаточной для выращивания слоя
металла методом гальванопластики.
}{\externalfigure[c-spray.jpg][width=\textwidth]}
\usagedesc{На базе полимеров, заполненных мелкодисперсным графитом, основаны различные
нагреватели} - пленочные электронагреватели теплых полов, греющие кабели для
систем водоснабжения, нагреватели для одежды и т.д. Высокий коэффициент
расширения полимеров при нагреве приводит к отрицательной обратной связи, что
делает такие нагреватели саморегулирующимися и потому безопасными. При
пропускании тока через такой полимер, он нагревается, от нагрева расширяется,
контакт между частичками углерода в матрице из полимера ухудшается, от этого
увеличивается сопротивление - уменьшается протекаемый ток, уменьшается нагрев.
В итоге, устанавливается некоторая температура полимера, стабильно
поддерживающаяся этим механизмом обратной связи без каких либо внешних
устройств.
\placefigure[here]{
Нагреватель от печки лазерного принтера. Основа — фарфор, проводники — серебро.
Нагреватель — углеродная композиция, покрыта для защиты слоем глазури.
}{\externalfigure[c-heater.jpg][width=\textwidth]}
\usagedesc{Аналогично устроены полимерные самовосстанавливающиеся предохранители.} Если ток
через такой предохранитель превысит номинальный, от нагрева полимер в составе
расширяется, и резко увеличившееся сопротивление прерывает ток через
предохранитель до некоторого небольшого значения. Такие предохранители
обеспечивают медленную защиту, но не требуют замены предохранителя после каждой
аварии.
\usagedesc{Угольный сварочный электрод} - используется для сварки, когда от электрода
требуется только поддерживать дугу не плавясь. Уголь значительно дешевле
вольфрама, но менее прочен и постепенно сгорает на воздухе.
\placefigure[here]{
Электроды от дуговой лампы, использовавшейся для киносъемок. Марка электродов
КСБ — Уголь КиноСьемочный Белопламенный неомедненный.
}{\externalfigure[c-electrode.jpg][width=\textwidth]}
\usagedesc{Медно-графитовые материалы.}
Получают спеканием порошка меди и графита в разных пропорциях. В зависимости от
состава могут быть от чёрных как уголь до темно красных с медным блеском.
Используется как материал скользящих контактов - щеток электрических приборов.
Такие щетки обеспечивают низкое сопротивление вращению — хорошо скользят по
контактам коллектора. Кроме того их твёрдость заметно ниже твёрдости металла
коллектора, так что в процессе работы истираются и подлежат замене дешевые
щетки а не дорогой ротор.
\placefigure[here]{
Изношенные щетки от двигателя стиральной машины. Плохой контакт щеток с
коллектором — причина повышенного искрения.
}{\externalfigure[c-brush.jpg][width=\textwidth]}
\stopsubsubject