Металлы в энергетике реферат
Обновлено: 05.07.2024
Металл (название происходит от лат. metallum - шахта) - один из классов элементов, которые, в отличие от неметаллов (и металлоидов), обладают характерными металлическими свойствами. Металлами является большинство химических элементов (примерно 80 %). Самым распространенным металлом в земной коре является алюминий.
Содержание работы
1.Общие сведенья
2.применение металлов
3. Молибден и вольфрам
4. Металл уран
5. Металл хром
6. селен
7. Металл никель
8.Интересные факты
Файлы: 1 файл
Реферат по химии на тему применение металлов.doc
Реферат по химии на тему применение металлов.
Выполнил Никита Мамонов
Оглавление:
1.Общие сведенья
2.применение металлов
3. Молибден и вольфрам
4. Металл уран
5. Металл хром
6. селен
7. Металл никель
8.Интересные факты
Общие сведенья
Металл (название происходит от лат. metallum - шахта) - один из классов элементов, которые, в отличие от неметаллов (и металлоидов), обладают характерными металлическими свойствами. Металлами является большинство химических элементов (примерно 80 %). Самым распространенным металлом в земной коре является алюминий.
Металлы - суть светлые тела, которые ковать можно. (Михаил Васильевич Ломоносов)
Характерные свойства металлов: Металлический блеск , хорошая электропроводность , Возможность легкой механической обработки (например, пластичность) , Высокая плотность , Высокая температура плавления , Большая теплопроводность
Физические свойства металлов:
Все металлы (кроме ртути) тверды при нормальных условиях. Температуры плавления лежат в диапазоне от 39 °C (ртуть) до 3410 °C (вольфрам). В зависимости от их плотности, металлы делят на легкие (плотность 0,53 ч 5 г/смі) и тяжелые (5 ч 22,5 г/смі). Металлы тонут
Применение металлов.
Применение чистых металлов в промышленности крайне ограничено. Это объясняется тем, что чистые металлы не всегда экономически выгодны. Обладая высокой пластичностью, они имеют низкую прочность и твердость. Многие металлы имеют высокую электропроводность, но с повышением температуры электропроводность их падает.
Современная техника все чаще требует применения чистых металлов и металлов в монокристаллической форме. Они обладают характерными и несколько лучшими механическими и другими свойствами. Из монокристаллического металла уже изготовлены, например, опытные образцы лопастей турбин. В Дрездене и Фрайберге ученые постоянно работают над дальнейшим развитием методов получения металлов высокой чистоты и определенной структуры.
А теперь давайте поподробнее познакомимся, где применяются металлы.
Конструкционные металлы
Металлы и их сплавы - один их главных конструкционных материалов современной цивилизации. Это определяется, прежде всего, их высокой прочностью, однородностью и непроницаемостью для жидкостей и газов. Кроме того, меняя рецептуру сплавов, можно менять их свойства в очень широких пределах.
Электротехнические материалы
Металлы используются как в качестве хороших проводников электричества (медь, алюминий), так и в качестве материалов с повышенным сопротивлением для резисторов и электронагревательных элементов (нихром и т. п.).
Инструментальные материалы
Металлы и их сплавы широко применяются для изготовления инструментов (их рабочей части). В основном это инструментальные стали и твердые сплавы. В качестве инструментальных материалов применяются также алмаз, нитрид бора, керамика.
А теперь познакомимся с некоторыми чистыми металлами поближе.
Молибден и вольфрам
Молибден(tпл=2615 °С) и вольфрам (tпл=3410 °С) — одни из самых тугоплавких простых веществ. Свойственная этим металлам высокая твёрдость в сочетании с жаропрочностью делает их незаменимыми в производстве высокотемпературных конструкционных материалов. Недаром именно из вольфрама изготовляют нити накаливания электроламп (нить разогревается выше 2500 °С) и катоды рентгеновских трубок, а сплав молибдена и титана может эксплуатироваться при температурах вплоть до 1500 °С. Особой твёрдостью обладают сплавы на основе карбида вольфрама WC. Из них выполняют режущие части инструментов, свёрла.
Молибден и вольфрам химически гораздо менее активны, чем хром. Кислоты и щёлочи на них практически не действуют. Исключение — горячая дымящая азотная кислота, которая медленно окисляет эти металлы.
Металл уран
Металл уран - серебристый металл, тугоплавкий. Из всех представителей семейства актинидов наибольшее практическое значение имеет именно этот металл. Одно время, на заре ядерных исследований, XX век называли даже веком урана. По внешнему виду металл уран напоминает сталь: легко поддаётся ковке, полировке, прокатке, тугоплавок (tпл=1130 °С). Уран — плохой проводник тепла и электричества: его теплопроводность в 13 раз меньше теплопроводности меди.
Металл уран легко растворяется в азотной кислоте с образованием жёлтого раствора нитрата уранила (нитрата диоксоурана) UO2(NO3)2, в котором уран находится в высшей степени окисления +6. Данное вещество может быть получено также при растворении в кислоте оксида урана (VI). Светло-жёлтый гидроксид уранила UO2(OH)7, называемый иногда урановой кислотой, проявляет свойства амфотерного соединения. При растворении его в кислотах образуются соли уранила: UO2(OH)2+2HCl=UO2Cl2+2Н2О, а при действии щелочей получаются уранаты — соли урановой кислоты:
2UO2(NO3)2 + 6NH3•Н2О= (NH4)2U2O7+3Н2О+4NH4NO3
Уран в земной коре содержится в больших количествах (2•10-4%), чем кадмий, серебро, ртуть и висмут.
Простейший минерал — уранинит UO2+x, Это диоксид урана, подвергшийся частичному окислению кислородом воздуха либо кислородом, выделившимся в результате перестройки структуры оксида UO2 при радиоактивном превращении металлического урана в металлический свинец: при этом образуется оксид свинца PbО, а избыточный кислород, выделяющийся в свободном виде, окисляет уран. Урановая руда считается богатой, если содержит от 0,5 до 1% урана. На заводах по переработке урановых руд уранинит обогащают, а затем отделяют уран от примесей и выделяют в виде оксида UO2.
Для получения металла урана диоксид переводят в тетрафторид:
UO2+4HF=UF4+2H>2O и потом восстанавливают металлотермические: UF4+2Mg = t°U+2MgF2
Ядерное топливо
Природный уран представляет собой смесь трёх изотопов: 235U (0,72%), 238U (99,274%) и 234U (0,006%). Для нужд ядерной техники часто необходим уран, обогащённый изотопом 235U
Металл хром
селен
Этот металл, очень похожий по своим свойствам на теллур.
Элемент селен (Se) - используется в копировальных аппаратах, а также в полупроводниковых приборах — диодах, фоторезисторах.
В организме человека содержится около 14 мг селена. Селен относится к числу важных микроэлементов — стимулирует синтез серосодержащих аминокислот, входит в состав фермента глутатионпероксидазы, предохраняющего гемоглобин крови от окисления пероксидами. Недостаток селена в организме человека приводит к ослаблению его иммунной защиты (больше всего селена — около 0,2 — 0,3 мг/кг — содержится в мясе и твороге).
Ещё селен интересен тем, что образует и селеновую кислоту H2SeO4. Селеновая кислота по свойствам во многом близкая серной кислоте. Однако, селеновая кислота H7SeO4 — ещё более энергичный окислитель, способный растворять даже золото: 2Au+6H2SeO4=Au2(SeO4)3+ 3H2SeO3+3Н2О. Селеновая кислота не только обугливает многие органические вещества, но и воспламеняет их (даёт вспышку с углеродом).
Металл никель
Металл никель (Ni) и кобальт (Co) представляют собой твёрдые серебристые металлы белого цвета (с температурами плавления 1494 и 1455 °С соответственно), прочные и пластичные. Подобно чистому железу, они легко намагничиваются. Однако спутать с железом их невозможно — оба металла никель и кобаль настолько устойчивы к коррозии, что не тускнеют на воздухе и лишь очень медленно растворяются в кислотах. Многие сплавы никеля и сплавы кобальта обладают уникальными свойствами. Наиболее известны хромо-кобальтовые сплавы — лёгкие и прочные, применяемые для изготовления авиатурбин. Сплав никеля и чистого железа незаменим в микроэлектронике, а медно-никелевый сплав монель - широко используемый конструкционный материал.
Ещё до новой эры металлический никель сплавляли с чистой медью и получали монеты и металлическую посуду. Некоторые соединения кобальта были известны древним египтянам. Сплавляя обожжённые кобальтовые руды с песком и поташом (карбонатом калия) и затем измельчая сплав, получали порошок синего цвета. Его использовали для изготовления цветного непрозрачного стекла. Кстати, соединения никеля и кобальта в водном растворе тоже красиво окрашены: соли Со2+ имеют розовый цвет, a Ni2+ — зелёный. Гидроксид кобальта (II) и гидроксид никеля (II) нерастворимы в воде и обладают только основными свойствами.
Интересные факты
Содержание.
Введение.
1 Черные металлы и изделия из них.
2 Цветные металлы, сплавы и изделия из них.
3 Электроизоляционные материалы.
4 Лаки, эмали и краски.
5 Химические материалы.
6 Резиновые, пластмассовые и прокладочные изделия и материалы.
7 Волокнистые материалы и изделия.
Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова.
Кафедра -Электроснабжение промышленных предприятий.
Дисциплина - Монтаж и эксплуатация промышленных установок.
24 страницы.
Анненков Ю.М., Ивашутенко А.С. Перспективные материалы и технологии в электроизоляционной и кабельной технике
- формат pdf
- размер 5.55 МБ
- добавлен 30 сентября 2011 г.
Учебное пособие. - Томск, ТПУ, 2011. - 212 с. В пособии рассматриваются электроизоляционные материалы, применяемые и перспективные к применению в современных электротехнических устройствах. Излагается информация о ситаллах, керамике, включая наноструктуры, широком арсенале полимеров в виде полиимидов, термоэластопластов, эскопонов, фторопластов, новых модификаций олигомеров, кремнеорганики, слюдосодержащих структур, тонких пленки. Предназначено.
Бородулин В.Н. и др. Конструкционные и электротехнические материалы
- формат pdf
- размер 17 МБ
- добавлен 13 сентября 2010 г.
Учеб. для учащихся электротехн. спец. техникумов/В. Н. Бородулин, А. С. Воробьев, С. Я. Попов и др.; Под ред. В. А. Филикова. — М.: Высш. шк. , 1990. — 296 с: ил. В книге описаны механические, электрические, тепловые и физико-химические характеристики конструкционных и электротехнических материалов, их строение, способы получения и обработки, а также области применения и перспективы развития. Рассматриваются вопросы экономии сырья и материалов.
Казанцев А.П. Электротехнические материалы
- формат pdf
- размер 25.36 МБ
- добавлен 23 июня 2010 г.
Казанцев, А. П. Электротехнические материалы: учеб. пособие для ПТУ / А. П. Казанцев; рец.: А. Н. Баран, Б. Н. Мельцер. - Минск: Дизайн ПРО, 1998. - 96 с Аннотация: Рассматриваются материалы, используемые в электронной технике, их свойства, физические процессы, протекающие под воздействием тока, количественные параметры. Ключевые слова: материаловедение, электротехнические материалы, радиотехнические материалы, электропроводимые материалы, диэ.
Лекционный материал-Электротехнические материалы
- формат doc
- размер 3.16 МБ
- добавлен 08 мая 2011 г.
Сборник лекционных материалов по дисциплине "Электротехнические материалы" для студентов колледжей. Содержит основные разделы: " Проводниковые материалы", "Изоляционные материалы", Магнитные материалы" и "Основы металловедения"
Лекция - Высокочастотные кабели и провода (Материалы и элементы электротехники)
- формат doc
- размер 429.5 КБ
- добавлен 21 октября 2009 г.
Радиочастотные кабели(назначения, классификация, конструкция, параметры), электрические параметры(волновое сопротивление, температурный коэффициент фазы,. ), коаксиальные кабели, Высокочастотные провода ПВЧС и шнуры ПВЧИ, Углеродистые материалы, Композиционные проводящие материалы.
Материаловедение модули
- формат doc
- размер 3.8 МБ
- добавлен 09 мая 2011 г.
Ответы на экзаменационные вопросы по Электротехническим материалам
- формат docx
- размер 221.89 КБ
- добавлен 22 июня 2011 г.
Технический Университет Молдовы (UTM) г. Кишинёв, Республика Молдова. Факультет Электроэнергетики (EE). Специальность - Промышленная Электроэнергетика (EI). Преподаватель по предмету Блажа В. Курс 3-ий университетский. Составил ответы Стратулат Владимир Владимирович - студент группы EI-0.72 (заочное отделение). 2010г. Содержание: Классификация материалов Диэлектрик в электрическом поле Поляризация диэлектриков и диэлектрическая проницаемость Осн.
Реферат - Электротехнические материалы, применяемые при ремонте электрооборудования
- формат docx
- размер 163.95 КБ
- добавлен 03 октября 2010 г.
При обслуживании и ремонте электрооборудования применяются различные материалы. Материалом, который должен быть у электрика всегда, является изоляционная лента
Шпора по электротехнике и электротехническим материалам
- формат docx
- размер 71.77 КБ
- добавлен 25 января 2012 г.
Шпора по электротехнике, электротехнические материалы, в столбик готовые к печати по следующим темам: Диэлектрики Основные понятия и классификация электротехнических материалов. Поляризация диэлектриков: основные понятия, виды поляризации, электронная, ионная и дипольная поляризации. Поляризация диэлектриков: ионно-релаксационная, миграционная, доменная, остаточная, высоковольтная. Электропроводность газов. Электропроводность жидких диэлектриков.
Электротехнические материалы
- формат doc
- размер 383.72 КБ
- добавлен 12 октября 2009 г.
Введение. Проводниковые материалы. Виды проводников. Проводниковые материалы с высокой проходимостью. Свойства сверхпроводников и криопроводников. Сплавы цветных металлов. Свойства алюминия. Магний. Бериллий. Медь и её сплавы. Сталь. Свойства стали. Классификация стали. Чугун. Классификация и свойства чугуна. Маркировка чугунов. Цветные металлы. Алюминий, его свойства и сплавы.
Как известно, металлы являются проводниками в состав которых входят положительные ионы и свободные электроны. Металлы в энергетике – очень востребованный материал, благодаря таким своим характеристикам, как:
- пластичность;
- способность легко отдавать электроны;
- высокая электропроводность.
Именно эти свойства определяют использование металлов при изготовлении большого количества устройств и комплектующих изделий, которые нашли свое применение в электроэнергетике. Из металлов изготавливают кабели и провода – как силовые, так и специальные и радиочастотные, арматуру для прокладки кабельных линий, детали для электрических установок и машин, трансформаторов и радиаторов, а также для бытовых электроприборов.
Что касается использования металлов для производства кабельной продукции, то лидерами в настоящее время являются медь, алюминий и свинец.
Свинец.
Главная характеристика такого металла, как свинец – это его высокая устойчивость к коррозии. Именно эта черта, которой обладают практически все металлы в энергетике, и обусловила сферу применения свинца в этой отрасли. Как правило, свинец используется для производства аккумуляторов, а также из него изготавливают оболочки для кабельной продукции.
Оболочка кабеля из свинца имеет вид сплошной трубы, в состав которой помимо самого свинца входит:
- сурьма – от 0,15 до 0,3%;
- медь – до 0,06%;
- теллур – до 0,005%;
- олово – от 0,35 до 0,5%.
К достоинствам свинца, применяемого для изготовления кабельных оболочек, относится:
- высокая температура плавления – 327,4 градуса;
- высокая прочность литого свинца на разрыв – 95 кгс/см 2 ;
- высокая устойчивость свинца к коррозии;
- низкая химическая активность.
Но есть у свинцовых оболочек и свои недостатки, среди которых:
- высокая плотность – 11,34 г/см 3 ;
- низкая устойчивость к вибрациям, особенно, если вибрации эти проявляются при высоких температурах;
- низкий уровень добычи свинца – другими словами, его недостаточное количество.
Алюминий.
При изготовлении оболочек для кабельной продукции алюминий проявил целый ряд преимуществ по сравнению со свинцом:
- алюминий имеет малый вес – он в 4 раза легче свинца;
- одновременно с этим алюминиевые оболочки механически более устойчивы, чем свинцовые, а это позволяет не применять при их изготовлении никаких специальных повышающих механическую прочность металла материалов;
- алюминий устойчив к вибрациям;
- прочность алюминия составляет всего 2,7 г/см 3 ;
- температура плавления алюминия – 657 градусов.
Таким образом, кабельная оболочка, изготовленная из алюминия, обладает меньшим диаметром и весом, что позволяет увеличить длину самого кабеля. Кроме того, высокая механическая устойчивость алюминия позволяет избежать применения при изготовлении кабеля специальной бронирующей оболочки. Но имеется у алюминиевой оболочки и свой недостаток – он плохо сопротивляется электромеханической и почвенной коррозии. Именно поэтому при изготовлении кабеля в алюминиевой оболочке применяют дополнительную защиту из битума, ПВХ лент или шланга, прорезиненной ткани или бумаги. Кабель с такой защитой способен прослужить не один десяток лет.
Кроме изготовления оболочек для кабельной продукции, алюминий применяется и для изготовления самих кабелей – из него делаются жилы кабелей с центральным каналом. Правда изготовление такого кабеля связано с некоторыми технологическими сложностями, обусловленными качественными характеристиками алюминия, такими как необходимость удаления с поверхности алюминиевой проволоки оксидной пленки и проблемы, появляющиеся при сварке алюминиевой проволоки. Кроме того, кабель с алюминиевыми жилами, как правило, имеет достаточно большой диаметр, что не позволяет прокладывать длинные кабельные линии без применения соединяющих муфт.
А для того чтобы избежать этих трудностей, для изготовления кабельных жил применяют другой металл – медь.
Достаточно часто токопроводящие жилы кабелей, применяемых для изготовления кабельных линий, изготавливаются из меди. Применение меди в данном случае связано с такими характеристиками этого металла, как:
- высокая электропроводность;
- высокая механическая прочность;
- стойкость к коррозии;
- легкость в обработке – в частности, отсутствие каких-либо сложностей при пайке и сварке меди.
К недостаткам меди можно отнести ее высокую стоимость, что и объясняет довольно частую замену кабелей с медными жилами на алюминиевые.
Конечно может показаться, что использование при монтаже кабельной линии кабеля с алюминиевыми жилами способно привести к значительной экономии. Но не все здесь так однозначно. Когда речь идет о низковольтных и средневольтных кабелях, экономия действительно может достигать больших размеров. Но вот в случаях с высоковольтными кабелями следует помнить о том, что электропроводность алюминия почти в 2 раза ниже, чем электропроводность меди, а значит, и кабель из алюминия должен быть в два раза большим по диаметру по сравнению с медным. А изготовление такого кабеля требует применения большего количества материалов, в том числе изолирующих и защитных, а это сводит экономию к минимальным значениям.
Редкие металлы в электронике и электроэнергетике
Редкие, и в частности редкоземельные, металлы находят весьма широкое применение в различных высокотехнологичных отраслях. Машиностроение, металлургия, химическая промышленность, солнечная энергетика, атомная и водородная энергетика, приборостроение, электроника, – всюду используются редкоземельные металлы. Перечислять все области применения редкоземельных металлов можно очень долго, однако давайте рассмотрим часть этого обширного спектра применительно непосредственно к электронике и электроэнергетике.
С каждым годом растет объем редкоземельных металлов, используемых не только в компьютерной технике, но и в экономичных источниках света. Например, в США за счет этого прогнозируют снижение энергопотребления на освещение в 2 раза. Там уже созданы лампы с люминофорами, содержащими тербий, иттрий, церий, европий, что позволило до 3 раз повысить светоотдачу при соответствующей экономичности.
Сверхпроводящие материалы на базе ниобия позволили японцам создать настолько сильные магниты, что скоростные поезда на воздушной подушке, развивающие скорость до 581км/ч уже построены и эксплуатируются.
Большое значение имеют фотоэлектрическое свойства рубидия и цезия, обуславливающие их востребованность для построения фотоумножителей, фотоэлементов, и других фотоэлектрических приборов. Свойства цезия и рубидия похожи, поэтому данные металлы во многом взаимозаменяемы.
Вообще эти металлы довольно широко используются и в радио, и в электротехнике, и в электронике, они применяются в производстве люминесцентных ламп, а соединения цезия и рубидия, как и сами металлы, удобны в качестве катализаторов и препаратов в неорганическом и органическом синтезе.
Литий главным образом применяется в ядерной энергетике и при электролизе алюминия. Карбонат лития, в качестве добавки к алюминию, снижает температуру плавления электролита, уменьшает расход анода и криолита, способствует энергосбережению и снижает себестоимость металла.
Стекло для катодно-лучевых трубок, кинескопы, стекла с электроизоляционными свойствами, - в этих областях добавки лития играют немаловажную роль. Безусловно, литий обширно применяется и в химических источниках тока.
Особенно в сфере высоких технологий распространен скандий: системы хранения данных с высокой скоростью обмена информацией; добавленный в ртутную лампу иоид скандия, в очень небольшом количестве, приближает ее свет к естественному солнечному. Из хромида скандия делают электроды для МГД-генераторов. Также скандий входит в состав материалов для солнечных батарей.
Тантал в качестве материала анодных пленок с особыми диэлектрическими свойствами находит применение в электронике. Электролитические конденсаторы на его основе качественнее алюминиевых, хоть и рассчитаны на работу при меньшем напряжении.
Титан, как и его сплавы, отличается повышенной прочностью даже при высоких температурах, коррозийной стойкостью, и при этом малой плотностью. Из него изготавливают сетки и другие детали электровакуумных приборов, работающих при высоких температурах.
Основа жаропрочных сплавов – вольфрам. Из вольфрама изготавливают нити накаливания и другие детали электровакуумных приборов.
Сплавы молибдена, как и сам молибден, применяются для изготовления деталей электровакуумных приборов, предназначенных для длительной работы при температурах до 1800°С в вакууме.
Из молибдена изготовлено многочисленное оборудование для работы в агрессивных средах, в том числе и элементы ядерных реакторов. Высокотемпературные печи, электрические вводы лампочек, - здесь используют молибденовую ленту.
Особенно высоким спросом пользуются оксиды неодима и диспрозия, служащие для производства мощных магнитов.
Висмут участвует в производстве полупроводниковых материалов, в частности для термоэлектрических приборов, к таким материалам относятся теллурид и селенид висмута, а висмут-цезий-теллур дает перспективу для производства полупроводниковых холодильников суперпроцессоров.
Особо чистый висмут позволяет получать обмотки для измерения магнитных полей, поскольку сопротивление висмута почти линейно зависит от магнитного поля, измеряя сопротивление такой обмотки можно узнавать напряженность внешнего магнитного поля. Также висмут – один из компонентов бессвинцовых и легкоплавких припоев, служащих для монтажа чувствительных СВЧ-компонентов.
Селен – дырочный проводник (p-типа), в качестве полупроводника, селен используется в солнечных батареях, работающих как в открытом космосе, так и на земле. Свинец, легированный селеном, - материал решеток аккумуляторов.
Теллур применяют в качестве легирующей примеси при производстве свинцово-кислотных аккумуляторов. Сплавы теллура со свинцом обладают высокой пластичностью и при этом прочны, поэтому из них делают и кабели. Сплав теллура, цезия и висмута позволил поставить рекорд полупроводникового холодильника, достигнута температура -237°C.
Стекла на основе теллура – полупроводники, и кроме электропроводности к их достоинствам относятся легкоплавкость и прозрачность. Такие стекла нашли применение в построении химической аппаратуры специального назначения.
Читайте также: