Електричні апарати (стр. 9 из 31)
де
– площа, то
→ 
(6.1)В зоні переходу струму із 1-го провідника в інший має місце більший електричний опір, що називається перехідним. По природі – це звичайний опір металічного провідника, тільки цей провідник – мікроскопічний „бугорок”, в якому і відбувається контактування.
Перехідний опір (
) можна уявити собі як місце звуження перерізу матеріалу і різкого підвищення густини струму, в порівнянні з густиною стуму в тілі контакту (див. рис. 6.1).Експериментально встановлено, що існує зв’язок:
,де
- деяка величина, що залежить від матеріалу обробки і стану контактної поверхні. 
- сила натискання;n – показник, що характеризує кількість точок контактування.
Із збільшенням їх кількості контактний опір зменшується. Встановлено, що n=0.5 для одноточкового контакту, n=0.7÷1 для лінійного контакту, n=1 для поверхневого контакту.
дуже сильно залежить від степені окислення. Для неокислених має такі значення (в Ом/Н): мідь – 1.0·10-3 латунь – 6.7·10-3алюміній – 1.6·10-3 сталь – 7.6·10-3
6.2 Фізичні явища в контактах
Контакт складається із об’ємної частини і поверхневої, яка безпосередньо знаходиться між поверхнями, що контактують. Опір контакту зумовлений двома основними причинами:1) звуження ліній струму в місці контакту;
2) покриття його поверхні оксидною плівкою (або іншими хімічними сполуками).
Для контакту є важливим визначення умов нагрівання місця контакту і поява електродинамічних зусиль. Контакти мають певну шороховатість поверхні, що зв’язане з характером їх обробки, а місця, в яких контактують поверхні під дією сили натискання, можуть змінюватись. Існує ряд залежностей, що виражають
як багатофункціональний параметр, що залежить від механічних, теплофізичних, електричних властивостей матеріалу контактів, температури контактів, прикладеної сили натискання, кількості контактуючих площадок. В результаті можуть виникнути декілька місць контакту, для яких діаметр:
,де
– напруження зминання. = 104 Н/см2÷105 Н/см2.Для W – вольфраму
~ 2.9·105 Н/см2 є найвищим, для срібла (Ag) 
– на порядок менший.У випадку двох одно точкових електродів опір контакту:
(6.2)де
– питомий опір; 
– діаметр контакту; 
– радіус контакту.Підставивши формулу (6.1) в (6.2) можна виразити опір наступним чином:
– для квадратного контакту. (6.3)Для круглого контакту:
(6.4)Якщо подивитись в мікроскоп на профіль двох контактуючих металічних поверхонь, то побачимо картину такого виду (рис.6.6):
Як видно із рисунку, металічний контакт здійснюється не по всій поверхні, а тільки в місцях або продавлення плівки тих чи інших хімічних з’єднань, або, в іншому випадку, в місцях пробою під дією різниці потенціалів (перешийок).В окремих точках шороховатості, де є виступи, вони дотикаються між собою. Збільшення сили контактного нажиму веде до збільшення кількості таких місць. Фактично розміри місць дотикання виступів порядка 2 – 3 мкм. Плівка має товщину ~ 10-8 м, і 
~ 105 Ом·см. Вона займає основну площу поверхні контакту.
При замиканні контактів виникає явище, що називається фритинг. Якщо на контактах із ізолюючою плівкою підвищувати напругу, то перехідний опір, що вимірюється МЕГАОМАМИ буде зменшуватись. Вольт-амперна характеристика контакту в цьому стані нагадує характеристику напівпровідникових приладів.
При досягненні напругою деякого значення, що називається напруга фритинга, перехідний опір різко зменшується. Відбувається електричний пробій плівки, що завершується утворенням тонкого металічного провідника в ній. Цей металічний провідник може лишитись і після зняття напруги.
Як уже відмічалось, перехідний опір контактів – це опір, що визначається опором звужених ділянок, по яких проходить струм до площадок стискування, а також опором плівок на поверхні контактів або опором вузьких металічних перешийків, що виникли від фриттинга.
Повний опір областей зтягування ліній струму для двох контактуючих одноточкових електродів, як відмічалось, виражається формулою (6.2).
Для багатоточкового контакту (
– точок):
(׀׀ включено опорів). (6.2.а)Для опору зтягування (а це – опір двох контактуючих електродів)
(6.5)Формула випливає із залежностей (6.1), (6.2.а),
де
– опір контактного матеріалу зім’яттю. =2 – для лінійного контакту; =3 – для площинного контакту; 
– сила натискання в контактах; 
~10÷104 мкОм ( 
=40Н); 2÷2·102 мкОм ( =240 Н).6.3 Матеріали контактів. Вимоги до них
До матеріалів контактів сучасних електричних апаратів ставляться вимоги:
1. Висока тепло- і електропровідність;
2. Висока корозійна стійкість в повітрі та інших середовищах;
3. Стійкість проти утворення плівок з високим опором електриці;
4. Мала твердість для зменшення необхідної сили натискання;
5. Висока твердість для зменшення механічного зношування при частих вмиканнях і вимиканнях;
6. Висока дугостійкість (висока температура плавлення);
7. Мала ерозія;
8. Високі значення струму і напруги необхідні для дугоутворення;
9. Простота обробки, низька вартість.
Вибір контактних матеріалів обумовлений тим призначенням, яке має даний апарат і відповідні контакти.
Найбільш широко використовують: мідь, алюміній, вольфрам, та композити ( композиційні матеріали). Розглянемо властивості деяких із них:
Мідь (Купрум) – висока електро- і теплопровідність, достатня твердість, простота технології.
Недоліки: відносно низька температура плавлення, схильність до окислення на повітрі, що збільшує питомий опір і силу натискання. Не рекомендовано застосовувати в апаратах з великою кількістю вмикань внаслідок малої дугостійкості.
Застосування: шини, контакти апаратів.
Срібло (Аргентум) – висока електро- і теплопровідність, мала механічна міцність оксиду AgO і її руйнівної сили натискання, малий перехідний опір, стабільність контакту.
Недоліки: мала лугостійкість і твердість, не рекомендовано при потужних дугах і частих вмиканнях.
Застосування: реле, контактори до 20 А.
Алюміній – як і у міді висока електро і теплопровідність плюс мала густина, що зменшує масу струмоведучої частини на той же струм, що і виготовленої із міді → на 48%.
Недоліки – мала дугостійкість (температура плавлення набагато менше температури плавлення міді і температури плавлення срібла) і твердість. Не рекомендовано при потужних дугах і частих вмиканнях, у контактах до 20 А, в головних до – 10 кА. Мала механічна міцність, утворення з міді гальванічного елемента – корозія пари. Утворення окисної плівки з великим питомим опором на повітрі і активних середовищах.