ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНТАКТНЫХ СРЕД

Под термином контактная среда мы будем понимать жидкие среды, которые могут быть использованы в соответствующих конструкциях для съема тока с вращающихся тел.

В табл. 1 и 2 приведены также удельные электрические сопротивления при определенных температурах. Если учесть, что электрическое сопротивление мягкой стали при 20° С равно 15 х 10^-8 ом м, то можно отметить, что ртуть и указанные сплавы являются относительно хорошими проводниками. Например, удельные сопротивления ртути и NaK соответственно только в 6,38 и 3,34 раза превосходят сопротивление стали. Несколько большие значения получаются при сравнении с медью, удельное сопротивление которой равно 1,72 10^-8 ом-м.

Отметим, что удельное электрическое сопротивление сплава NaK мало зависит от состава компонентов. Сопротивление с увеличением температуры сплава заметно возрастает (см. табл. 3).

Для успешной работы токосъемного устройства необходимо, чтобы контактная среда удовлетворяла ряду требований, основными из которых являются:

Смысл указанных требований в основном сводится к обеспечению малых механических и электрических потерь, стабильности работы контакта и возможности эффективного его охлаждения.

Примечание. Температура кипения сплава NaK (эвтектика) 760° С.

В настоящее время еще не найдена такая контактная среда, которая удовлетворяла бы одновременно всем приведенным условиям. Для токосъемных устройств униполярных машин практическое применение получили только ртуть и сплав натрия с калием, поэтому целесообразно сопоставить некоторые данные именно этих контактных сред.

Удельная плотность сплава NaK примерно в 16 раз меньше плотности ртути, что позволяет снизить потери механического трения жидкости пропорционально соотношению удельных плотностей (при прочих одинаковых условиях).

Следует отметить, что весьма низкую удельную плотность имеют также такие металлы, как литий, цезий и рубидий.

Уменьшению потерь механического трения способствует (правда, значительно в меньшей мере, чем величина плотности) низкое значение кинематической вязкости v, которая определяется отношением вязкости к удельной плотности. В табл. 4 приведены, в зависимости от температуры, соответствующие данные для ртути, а в табл. 5 - для сплава NaK [21]. Здесь же даны удельная теплоемкость °C и коэффициент теплопроводности λ. При температуре 100° С вязкость сплава NaK в 2,36 раза меньше, чем у ртути (соответственно 51,7-10~ и 122-10-5 н-сек/м); однако величина кинематической вязкости сплава в 6,64 раза больше, чем для ртути (соответственно 60,7-10^-8 и 9,15-10^-8 м²/сек). Последнее объясняется высокой Удельной плотностью ртути (γ).

В разделе V будет показано, что механические потери в контактном устройстве пропорциональны величине γ ν. Если произвести соответствующие расчеты с учетом указанных выше количественных соотношений, то получим, что потери в случае применения сплава NaK будут в 10,5 раза меньше, чем при использовании ртути.

Необходимо отметить высокие значения удельной теплоемкости и коэффициента теплопроводности для сплава NaK по сравнению с ртутью. Например, при 20° С для NaK С = 0,310 ккаЛ/кг- град, а для ртути только 0,0333 ккал/кг град; соответственно для NaK λ=22,1 вт/м-град, а для ртути 8 вт/м-град. Правда, если учесть большую удельную плотность ртути, то для одинаковых расходов жидкости при циркуляции сравниваемых контактных сред получим, что относительная способность отвода тепла у ртути будет выше. Эту способность можно оценить следующим отношением:

Данные по сплаву NaK с несколько отличным от рассмотренного выше составом компонентов, а именно 44% Na и 56% К, приведены иже. Они взяты из [47]. Сплав указанного состава используется в униполярных генераторах, построенных фирмой Allis Chalmers.

Электрическое сопротивление при 100 °С, ом м . 41,61-10^-8

Если принять константы NaK за единицу, то для соответствующих констант ртути приводятся следующие относительные значения: удельная плотность - 21: вязкость - 2,6; удельное электрическое сопротивление - 2,5; удельная теплоемкость - 0,143.

При выборе контактной среды следует иметь в виду ее химическую активность по отношению к окружающей среде. С этой точки зрения NaK имеет существенный недостаток - активно взаимодействует с кислородом воздуха и парами влаги. Применение активных контактных сред связано с необходимостью герметизации машины и заполнения ее внутренней полости соответствующим неактивным газом. В случае использования сплава NaK одним из таких газов является сухой азот. За счет небольшого избыточного внутреннего давления газа над атмосферным давлением устраняется подсасывание воздуха в машину снаружи.

Из рассмотренных выше свойств контактных сред ртути и сплава NaK можно сделать следующие заключения относительно областей их применения.

Для токосъемных устройств с высокими линейными скоростями контактной поверхности (до 200 м/сек) бесспорны преимущества сплава NaK. Зарубежный опыт эксплуатации позволяет заключить о достаточной стабильности работы подобных токосъемных устройств.

Ртуть целесообразно применять в токосъемных устройствах со скользящим контактом при относительно невысоких линейных скоростях контактной поверхности (примерно до 50 м/сек). В токосъемном устройстве со струйным контактом ртуть может быть использована для значительно больших линейных скоростей, так как в этом случае механические потери значительно уменьшаются.

Знаете ли Вы, что релятивизм (СТО и ОТО) не является истинной наукой? - Истинная наука обязательно опирается на причинность и законы природы, данные нам в физических явлениях (фактах). В отличие от этого СТО и ОТО построены на аксиоматических постулатах, то есть принципиально недоказуемых догматах, в которые обязаны верить последователи этих учений. То есть релятивизм есть форма религии, культа, раздуваемого политической машиной мифического авторитета Эйнштейна и верных его последователей, возводимых в ранг святых от релятивистской физики. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

	Температура °С			Электрическое сопротивление при температуре. С
Металл			Плотность при	Электрическое сопротивление при температуре. С
Металл	плавления	кипения	17-23 °С г/см3	р х 10^-8 ом м	t, °С
Ртуть	-38,9	356.6	14,19	95,77
Цезий			1,87
Галлий		2100	5,93
Рубидий	38,7		1,53	19,6
Калий	62,5		0,86	13,0	62,3
Натрий	97,5		0,97
Индий		2100	7,28
Литий		1360	0.534
Селен (аморфный) *
Олово		2337		49,0	300 , .
Висмут		1470	9,78
Таллий		1460	11.86
Кадмий	320,9		8,65
Свинец	327,3	1750	11,34	98
Цинк	419,5

Сплав	Состав сплава, %	Удельное электрическое сопротивление, ом-м, при температуре
Сплав	Состав сплава, %	20°C	400°C	600°C
Натрий..... Калий .....	28-72	50·10^-6	66·10^-6	82·10^-6
Натрий..... Калий .....	44-56	50·10^-6	61,7·10^-6	78·10^-6