炭素材料の電気工学における応用
炭素は、様々な形態や他の材料との組み合わせで電気工学において広く使用されています。電気用炭素材料はグラファイトや他の炭素の形態から製造されます。
炭素は以下の用途で電気工学に使用されます。
白熱電球のフィラメントを作るため白熱電球
電気接点を作るため
抵抗器を作るため抵抗器
直流機械や発電機などの電気機器用ブラシを作るため発電機。
電池セル要素を作るため
電気炉用炭素電極を作るため
アークライトと溶接電極
真空バルブおよび管の部品を作るため
通信機器の部品を作るため。
白熱電球のフィラメントを作るための炭素の使用
炭素は不活性ガス媒体と共に白熱電球のフィラメントを作るために使用されます。比抵抗は約1000〜7000 µΩ-cmであり、融点は約3500oCです。これは白熱電球のフィラメントを作るのに適しています。商用炭素フィラメント電球の効率は4.5ルーメン/ワットまたは3.5ワット/キャンドルパワーです。炭素は白熱電球で黒化現象を引き起こします。この黒化を防ぐために、作動温度は1800oCまで制限されています。
電気接点を作るための炭素の使用
炭素はポリマーからのピロリシスによって形成された繊維として使用されます。炭素繊維は引張り負荷下で異常な機械的強度を示します。これらの炭素繊維は、動作中に圧縮または引張り負荷を受けている電気接点の機械的強度を増加させるために使用されます。これらの炭素繊維はまた、電気接点の摩耗を減少させます。さらに、炭素は導体であり、電流が電気接点を通る際の接触抵抗を減少させます。
抵抗器を作るための炭素の使用
高比抵抗、高融点、低温度係数の抵抗により、炭素は抵抗器の製造に適しています。抵抗器は電子回路で広く使用されています。
直流機械および発電機用ブラシを作るための炭素の使用
グラファイト炭素は、大容量の直流機械および発電機用のブラシを作るのに非常に適しています。グラファイト炭素で作られたブラシには以下の利点があります。
グラファイト炭素ブラシは高い接触抵抗を持っています。この高い抵抗は換流を改善するのに役立ちます。
高い熱安定性 - これは回転機械の動作中に摩擦によって発生する高温に対応することができます。
固定ブラシと回転コミュータまたはスリップリング間の自己潤滑。これにより、コミュータまたはスリップリングの摩耗が減少します。
乾電池要素を作るための炭素の使用
炭素は乾電池の構造における重要な要素です。炭素は亜鉛炭素電池（乾電池）の電極を作るために使用されます。炭素電極は電池の正極として機能します。乾電池では、炭素は電解反応に参加せず、非活性材料として機能します。
電気炉用炭素電極の使用
グラファイト炭素は電弧炉用の電極の製造に広く使用されています。鋼の生産に使用される電弧炉の動作温度は約2760oCです。グラファイト炭素は、このような高温でも耐えられる高い電気伝導性を持つ唯一の商業的に利用可能な材料です。これが電弧炉用の電極を作るのに適している理由です。
アークライトおよび溶接電極を作るためのグラファイト炭素の使用
グラファイト炭素は、アークライトおよび溶接用の電極の製造にも広く使用されています。上記のように、グラファイト炭素は高い電気伝導性を持ち、アークライトおよび溶接中の高温にも耐えることができます。これがアークライトおよび溶接用の電極を作るのに適している理由です。
真空バルブおよび管の部品としての炭素の使用
真空バルブおよび管では、炭素はカソードとグリッドのコーティングとして使用され、動作中に非常に高温で生じる機械的な変形から保護します。高電力用途では、真空バルブおよび管のアノードは、高温での動作に耐え、発生する熱を放散できる必要があります。そのため、炭素は真空バルブおよび管のアノードを作るのに非常に適しています。
通信機器の部品を作るための炭素の使用
