{"id":14164,"date":"2023-12-14T09:44:38","date_gmt":"2023-12-14T09:44:38","guid":{"rendered":"https:\/\/www.wellste.com\/?p=14164"},"modified":"2024-01-16T18:58:06","modified_gmt":"2024-01-16T18:58:06","slug":"electrical-conductivity-of-aluminum","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.wellste.com\/de\/electrical-conductivity-of-aluminum\/","title":{"rendered":"Die elektrische Leitf\u00e4higkeit von Aluminium verstehen"},"content":{"rendered":"

Das International Aluminum Institute (IAI) prognostiziert, dass die weltweite Nachfrage nach Aluminium in der Elektronikindustrie <\/span>Anstieg von 8 Millionen Tonnen auf 12 Millionen Tonnen<\/b> in den kommenden Jahren. Allerdings<\/span> Die Nachfrage nach Kupfer d\u00fcrfte das gleiche Niveau erreichen (rund 13 Millionen Tonnen).<\/b>. Das wirft die Frage auf, wie gut Aluminium als Leiter tats\u00e4chlich ist.\u00a0<\/span><\/p>\n

Das Verst\u00e4ndnis der elektrischen Leitf\u00e4higkeit von Aluminium ist f\u00fcr Designer, Produktentwickler und Unternehmen von entscheidender Bedeutung, die von der Kosteneffizienz oder dem geringen Gewicht des Aluminiums profitieren m\u00f6chten.\u00a0<\/span><\/p>\n

In diesem Blog behandeln wir Aluminiumleiter, die elektrischen Eigenschaften von Aluminium und ihre m\u00f6gliche Verwendung als Alternative zu Kupfer und anderen leitf\u00e4higen Metallen.\u00a0<\/i><\/b><\/p>\n

\"Elektrische<\/p>\n

Aluminium als Metall<\/b><\/h2>\n

Bevor wir uns mit der Leitf\u00e4higkeit von Aluminium und seinen elektrischen Eigenschaften befassen, hier einige grundlegende Fakten \u00fcber Aluminium.\u00a0<\/span><\/p>\n

Dieses Hintergrundwissen hilft Ihnen beim Verst\u00e4ndnis der Eigenschaftstabelle und erleichtert den Vergleich zwischen Aluminiumleitern.\u00a0<\/span><\/p>\n

Aluminium ist ein Metallelement im Periodensystem mit der Ordnungszahl 13. Es z\u00e4hlt zu den am h\u00e4ufigsten vorkommenden Metallen auf der Erde. Leider kommt Aluminium nicht in reiner Form vor und muss industriell aus Erz gewonnen werden.<\/span>Bauxit.\u00a0<\/span><\/i><\/p>\n

\"Bauxit\"<\/p>\n

Aluminiumleiter werden h\u00e4ufig in der Elektronikindustrie verwendet und sind nach Silber, Kupfer und Gold das viertleitf\u00e4higste Metall. Viele Aluminiumlegierungen weisen unterschiedliche Leitf\u00e4higkeiten auf.\u00a0<\/span><\/p>\n

Aluminium ist leicht, dehnbar und korrosionsbest\u00e4ndig, was bei elektrischen Anwendungen von Vorteil ist, da es zu Dr\u00e4hten verarbeitet und zum L\u00f6ten schnell geschmolzen werden kann.\u00a0<\/span><\/p>\n

Welche Bedeutung hat also die Zahl 13? <\/i><\/b>\u00a0Es stellt die Anzahl der Elektronen in einem Aluminiumatom und ihre Anordnung in Elektronenorbitalen dar. <\/span>Sp\u00e4ter werden wir feststellen, dass es diese Elektronen sind, die zur Leitf\u00e4higkeit von Aluminium beitragen.<\/span><\/i><\/p>\n

Wie misst man die Leitf\u00e4higkeit?<\/b><\/h2>\n

Die Leitf\u00e4higkeit gibt an, wie gut ein Metall Elektrizit\u00e4t leiten kann. Sie ist ein Ma\u00df f\u00fcr die Tendenz eines Materials, elektrischen Strom zu leiten.\u00a0<\/span><\/p>\n

Die Leitf\u00e4higkeit wird in Siemens (S) pro Meter (m) gemessen.<\/b>Bei Aluminium wird ein bekannter Strom durch die Aluminiumprobe geleitet und der Spannungsabfall mithilfe von Sonden gemessen.\u00a0<\/span><\/p>\n

Damit l\u00e4sst sich die Leitf\u00e4higkeit von Aluminiummetall mithilfe einer Formel berechnen.\u00a0<\/span><\/p>\n

\"So<\/p>\n

Kann Aluminium Elektrizit\u00e4t leiten?<\/b><\/h2>\n

Aluminium ist einer der besten elektrischen Leiter. In Bezug auf die Leitf\u00e4higkeit liegt es knapp hinter reinem Kupfer. Reiner Aluminiumleiter hat eine<\/span> elektrische Leitf\u00e4higkeit<\/span><\/a> von 33,3 x <\/span>10<\/span>7<\/span> S\/m.\u00a0<\/span><\/p>\n

\"Elektrische<\/p>\n

Um die Leitf\u00e4higkeit besser zu verstehen, wird sie oft mit der von reinem Kupfer verglichen. Reines Kupfer ist nach Silber der beste elektrische Leiter. Aus wirtschaftlichen Gr\u00fcnden ist der Einsatz als Leiter im industriellen Ma\u00dfstab jedoch nicht sinnvoll.\u00a0<\/span><\/p>\n

Der International Annealed Copper Standard (IACS) bietet einen Vergleichsreferenzwert f\u00fcr die Leitf\u00e4higkeit. <\/span>Aluminium hat den Wert 61% IACS, was bedeutet, dass seine elektrische Leitf\u00e4higkeit 61% im Vergleich zu der von Kupfer betr\u00e4gt.\u00a0<\/b><\/p>\n

Aluminium wird aufgrund seiner Kosteneffizienz und seines geringen elektrischen Widerstands h\u00e4ufig in elektrischen Ger\u00e4ten verwendet. Aluminium ist etwa 30 % leichter als Kupfer und eignet sich daher ideal f\u00fcr Freileitungskabel.\u00a0<\/span><\/p>\n

Aluminium ist ein so guter Stromleiter, dass Stromleitungen gr\u00f6\u00dftenteils aus Aluminium bestehen und der Strom, der in Ihr Haus gelangt, \u00fcber Aluminiumleiter flie\u00dft.\u00a0<\/span><\/p>\n

Wie leitet Aluminium Elektrizit\u00e4t?<\/b><\/h2>\n

Wenn Sie Designer sind, kann Ihnen das Verst\u00e4ndnis der Stromleitf\u00e4higkeit von Aluminium dabei helfen, sich f\u00fcr Ihr Projekt zwischen Aluminiumlegierungen und anderen Metallen zu entscheiden.\u00a0<\/span><\/p>\n

Aluminium kann aufgrund seiner Struktur und Atombindung Elektrizit\u00e4t leiten.\u00a0<\/span><\/p>\n

In diesem Abschnitt wird erl\u00e4utert, wie Aluminium Elektrizit\u00e4t leiten kann.\u00a0<\/i><\/b><\/p>\n

Hintergrundinformationen zu Current<\/span><\/h3>\n

Im Grunde k\u00f6nnte man meinen, Stromst\u00e4rke sei ein Ma\u00df f\u00fcr Elektrizit\u00e4t. Das stimmt aber nicht ganz. Stromst\u00e4rke ist die Geschwindigkeit, mit der Ladung durch einen Punkt innerhalb einer Schleife flie\u00dft.\u00a0<\/span><\/p>\n

Um zu verstehen, wie Aluminiumleiter funktionieren, m\u00fcssen Sie den Begriff \u201eLadung\u201c verstehen, also ein positives oder negatives Ion oder Elektron.\u00a0<\/span><\/p>\n

Leitf\u00e4higkeit von Aluminium<\/span><\/h3>\n

Aluminiumatome bestehen aus Protonen und Neutronen, die fest im Kern gehalten und von Elektronen umgeben sind.\u00a0<\/span><\/p>\n

Wenn ein Aluminiumatom ein Elektron verliert, spricht man von einem Aluminiumion \u2013 einem positiv geladenen Aluminiumion.<\/span><\/p>\n

\"Aluminiumatome\"<\/p>\n

Aluminium besteht aus vielen dieser Atome, die dicht an dicht gepackt sind und deren \u00e4u\u00dfere Elektronen freie Elektronen sind. Sie werden nicht fest vom Kern der Aluminiumatome gehalten und k\u00f6nnen sich im Aluminium bewegen.\u00a0<\/span><\/p>\n

Genauer gesagt besitzen Aluminiumatome 13 Elektronen und 13 Protonen. Deshalb tr\u00e4gt es im Periodensystem die Zahl 13. Die Anordnung dieser 13 Elektronen in Orbitalen f\u00fchrt zu drei Elektronen in der \u00e4u\u00dferen Schale, die eine schwache Anziehungskraft vom Atomkern erfahren.\u00a0<\/span><\/p>\n

Aluminium und andere Metalle sind von einem Meer frei beweglicher Elektronen umgeben. Bei Potenzialunterschieden an den Enden eines Aluminiumst\u00fccks k\u00f6nnen sich diese Leitungselektronen in Polarit\u00e4tsrichtung (positiv oder negativ) bewegen.\u00a0<\/span><\/p>\n

Diese Bewegung freier Elektronen macht Aluminium elektrisch leitf\u00e4hig. Ein Ma\u00df f\u00fcr die Geschwindigkeit, mit der diese Elektronen einen Punkt passieren, ist der Strom.\u00a0<\/b><\/p>\n

Wie ist die Leitf\u00e4higkeit von Aluminium im Vergleich zu anderen Metallen?<\/span><\/h3>\n

Der Leitf\u00e4higkeitstest an Aluminium kann auch die richtige Aluminiumqualit\u00e4t identifizieren und feststellen, ob eine W\u00e4rmebehandlung durchgef\u00fchrt wurde. Eine w\u00e4rmebehandelte Aluminiumprobe weist eine andere Leitf\u00e4higkeit auf als unbehandeltes Aluminium.\u00a0<\/span><\/p>\n

F\u00fcr verschiedene Legierungen und Behandlungsmethoden gibt es definierte internationale Standardverh\u00e4ltnisse f\u00fcr gegl\u00fchtes Kupfer.<\/span><\/p>\n

Die Leitf\u00e4higkeit variiert von Aluminiumlegierung zu Aluminiumlegierung und zwischen Aluminium und Metallen. Diese Tabelle von <\/span>Researchgate<\/span><\/a> vergleicht die Leitf\u00e4higkeit von Aluminium mit bekannten Metallen.<\/span><\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Rang<\/span><\/td>\nMetall<\/span><\/td>\nElektrische Leitf\u00e4higkeit (<\/span>S<\/span>M<\/span>-1<\/span>)<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
1<\/span><\/td>\nSilber<\/span><\/td>\n66.7 <\/span> 1<\/span>0<\/span>6<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
2<\/span><\/td>\nKupfer<\/span><\/td>\n64.1 <\/span> 1<\/span>0<\/span>6<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
3<\/span><\/td>\nGold<\/span><\/td>\n49.0 <\/span> 1<\/span>0<\/span>6<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
4<\/span><\/td>\nAluminium<\/span><\/td>\n40.8 <\/span> 1<\/span>0<\/span>6<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
5<\/span><\/td>\nRhodium<\/span><\/td>\n23.3 <\/span> 1<\/span>0<\/span>6<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
6<\/span><\/td>\nZink<\/span><\/td>\n18.2 <\/span> 1<\/span>0<\/span>6<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
6<\/span><\/td>\nNickel<\/span><\/td>\n16.4 <\/span> 1<\/span>0<\/span>6<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
7<\/span><\/td>\nCadmium<\/span><\/td>\n14.7 <\/span> 1<\/span>0<\/span>6<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
8<\/span><\/td>\nEisen<\/span><\/td>\n11.2 <\/span> 1<\/span>0<\/span>6<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

 <\/p>\n

Aus der Tabelle l\u00e4sst sich schnell erkennen, dass Eisen f\u00fcr elektrische Anwendungen nicht die beste Wahl ist. Eisen wird haupts\u00e4chlich in Edelstahlform verwendet und ist einer der schlechtesten Leiter.\u00a0<\/span><\/p>\n

Aber warum wird Kupfer im Hinblick auf die elektrische Leitf\u00e4higkeit so hoch eingestuft?<\/span><\/p>\n

Warum ist Kupfer leitf\u00e4higer als Aluminium?<\/b><\/h2>\n

Aus vielen Gr\u00fcnden ist Kupfer nach wie vor die erste Wahl f\u00fcr elektrische Leiter. Es ist dehnbarer, hat eine goldbraune Oberfl\u00e4che, die die \u00c4sthetik verbessern kann, und weist eine h\u00f6here Festigkeit und H\u00e4rte auf. Es ist ein ausgezeichneter Stromleiter und besser als Aluminium.<\/span><\/p>\n

Kupfer ist aufgrund seines Widerstands gegen elektrischen Strom ein besserer elektrischer Leiter als Aluminium.\u00a0<\/span><\/p>\n

Der Widerstand ist ein Ma\u00df f\u00fcr den Widerstand gegen den Stromfluss. Materialien mit hohem Widerstand, wie Kunststoff oder Gummi, werden als Isolatoren bezeichnet. Alle Materialien haben einen Widerstand, bei Metallen ist er jedoch extrem gering.\u00a0<\/span><\/p>\n

Der Widerstand h\u00e4ngt von den Abmessungen und einer Materialeigenschaft namens spezifischer Widerstand ab. Betrachtet man Kupferleiter mit gleicher L\u00e4nge und Fl\u00e4che wie ihre Aluminium-Gegenst\u00fccke, stellt man fest, dass Kupferleiter eine hohe Leitf\u00e4higkeit aufweisen. Dies liegt daran, dass<\/span> Kupfer hat einen geringeren spezifischen Widerstand als Aluminium.\u00a0<\/b><\/p>\n

\"elektrische<\/p>\n

In <\/span>experimentelle Begriffe<\/b>,<\/span> Kupfer ist ein guter Leiter, da bei seinen freien Elektronen die Wahrscheinlichkeit geringer ist, dass es zu einem Ph\u00e4nomen namens Phononenkollision kommt.<\/b> Dabei erzeugen vibrierende Atome mechanische Energie, die die Elektronenbewegung st\u00f6rt. Infolgedessen erfahren die freien Elektronen von Aluminium, obwohl sie in einer h\u00f6heren Konzentration als Kupfer vorliegen, mehr Phononenkollisionen und streuen, was, anders ausgedr\u00fcckt, zum Widerstand gegen elektrischen Strom beitr\u00e4gt.\u00a0<\/span><\/p>\n

Aluminiumsorten und elektrische Leitf\u00e4higkeit<\/b><\/h2>\n

Aluminium hat in seiner Rohform einen geringen Widerstand gegen elektrischen Strom. Dies ist jedoch nicht die Verwendungsart von Aluminium. Die meisten Anwendungen von Aluminium erfordern eine spezielle Behandlung, die Zugabe von Verunreinigungen oder die Bildung von Legierungen.\u00a0<\/span><\/p>\n

Aluminiumlegierungen werden in verschiedene G\u00fcteklassen eingeteilt. Die Aluminiumsorten reichen von der 1000er-Serie bis zur 8000er-Serie. Mehr \u00fcber Aluminiumsorten und ihre besten Anwendungen erfahren Sie hier. <\/span>Hier.<\/span><\/p>\n

\"Aluminiumstangen\"<\/p>\n

Aluminium der 1000er-Serie ist das reinste und leitf\u00e4higste. Die 2000er-Serie sind Kupferlegierungen und die 6000er-Serie sind Magnesium-Silizium- und Aluminiumlegierungen.\u00a0<\/span><\/p>\n

Es gibt keine feste Regel zur Sch\u00e4tzung der Leitf\u00e4higkeit von Aluminiumsorten. Die meisten Daten sind experimentell.\u00a0<\/span><\/p>\n

EC-Aluminium leitet Strom am besten<\/b>. Dies ist ein Aluminium der 1000er-Serie (1350 Al) mit guter elektrischer und thermischer Leitf\u00e4higkeit. EC steht f\u00fcr elektrische G\u00fcte. Es hat <\/span>etwa<\/span><\/a> 61 % IACS-Leitf\u00e4higkeit.\u00a0<\/span><\/p>\n

Andere Aluminiumsorten wie AA-8006 und AA-8011 sind ebenfalls gute Leiter und finden Anwendung in Aluminiumdr\u00e4hten und im Bauwesen.\u00a0<\/span><\/p>\n

Aluminiumoberfl\u00e4che und Leitf\u00e4higkeit<\/b><\/h2>\n

Die Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit von Aluminium kann dessen elektrische Eigenschaften ver\u00e4ndern. Einfach ausgedr\u00fcckt: Wenn Sie Aluminium f\u00fcr elektronische Ger\u00e4te verwenden und dabei eine Oberfl\u00e4chenver\u00e4nderung feststellen, kann dies die Leitf\u00e4higkeit von Aluminium verringern. Dadurch wird der urspr\u00fcngliche Zweck, ein guter Leiter zu sein, zunichte gemacht.\u00a0<\/span><\/p>\n

\"Aluminium-Finish-Typen\"<\/p>\n

Aluminium besitzt eine extrem d\u00fcnne, nat\u00fcrliche Aluminiumoxidschicht. Viele Anwender m\u00f6chten eine l\u00e4ngere Lebensdauer ihrer Produkte und eloxieren diese, um die Korrosionsbest\u00e4ndigkeit durch die Bildung einer st\u00e4rkeren Oxidschicht zu erh\u00f6hen.\u00a0<\/span><\/p>\n

Die Aluminiumoxidschicht leitet jedoch keinen Strom, da sie keine freien Elektronen enth\u00e4lt. Auf diese Weise umgibt man Aluminium mit einem extrem schlechten Stromleiter.\u00a0<\/span><\/p>\n

Pulverbeschichtung, W\u00e4rmebehandlung, Lackierung und Kunststoffbeschichtungen wirken sich unterschiedlich auf Aluminiumleiter aus. Wie bereits erw\u00e4hnt, wird ihr Leitf\u00e4higkeitsverh\u00e4ltnis zu IACS manchmal verwendet, um zu identifizieren, welche W\u00e4rmebehandlung an Aluminium durchgef\u00fchrt wurde.\u00a0<\/span><\/p>\n

Beispielsweise ist 6009-T4 44 % IACS, w\u00e4hrend 6009-T6 47% IACS ist. T4 und T6 sind unterschiedliche Arten von W\u00e4rmebehandlungsprozessen f\u00fcr dieselbe Aluminiumlegierung.<\/span><\/p>\n

Anwendungen von Aluminium in elektronischen und elektrischen Produkten<\/b><\/h2>\n

Es gibt viele Gr\u00fcnde, Aluminium als elektrischen Leiter zu verwenden. Seine Eigenschaften machen es jedoch f\u00fcr einige spezielle Zwecke in der Elektroindustrie ideal.\u00a0<\/span><\/p>\n

Verdrahtung und Verkabelung<\/span><\/h3>\n

Aluminiumdraht wird h\u00e4ufig in Freileitungen verwendet, da Aluminium eine geringere Dichte als Kupfer aufweist. Dies bedeutet, dass es leichter als Kupfer ist.\u00a0<\/span><\/p>\n

Die Verwendung von Aluminiumdraht anstelle von Kupferdraht f\u00fchrt zu einem dreimal geringeren Gewicht und verhindert so ein Durchh\u00e4ngen der Kabel. F\u00fcr eine 1 m lange Aluminiumleitung mit einem Gewicht von etwa 6 kg w\u00e4re also ein gleichwertiger Kupferleiter von 18 kg erforderlich.\u00a0<\/span><\/p>\n

\"Aluminiumkabeldraht\"<\/p>\n

Aluminium bietet etwa 60% \u2013 64% IACS, was im Vergleich zu seinem Gewicht und seiner H\u00e4ufigkeit eine ausgezeichnete Leitf\u00e4higkeit darstellt.\u00a0<\/span><\/p>\n

Dar\u00fcber hinaus ist Aluminium kosteng\u00fcnstiger in der Herstellung und einfacher zu handhaben als Kupfer.\u00a0<\/span><\/p>\n

W\u00e4hrend in H\u00e4usern und auf Baustellen \u00fcberwiegend Kupferdr\u00e4hte zum Einsatz kommen, setzen Industrie und bedeutende Stromerzeugungsanlagen auf Aluminiumdr\u00e4hte. Aluminiumdr\u00e4hte der Serie 8000 weisen eine hervorragende Leitf\u00e4higkeit auf und werden in der elektrischen Verkabelung von Wohngeb\u00e4uden eingesetzt.\u00a0<\/span><\/p>\n

Elektrische Komponenten<\/span><\/h3>\n

Die elektrische Leitf\u00e4higkeit von Aluminium wird auch zur Herstellung elektrischer Komponenten genutzt, von kleinen Steckverbindern bis hin zu gro\u00dfen elektronischen Ger\u00e4ten, bei denen seine Leichtgewichtseigenschaften zum Einsatz kommen.\u00a0<\/span><\/p>\n

\"Aluminium-Schaltkasten\"<\/p>\n

Ein schnell wachsender Markt f\u00fcr Aluminium sind Elektroautos, bei denen die Geh\u00e4use f\u00fcr den Motor und den Elektromotor aus Aluminium bestehen, um das zus\u00e4tzliche Gewicht der schweren Batterie zu reduzieren.\u00a0<\/span><\/p>\n

K\u00fchlk\u00f6rper<\/span><\/h3>\n

Aufgrund seiner W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit eignet es sich ideal f\u00fcr K\u00fchlk\u00f6rper und wird h\u00e4ufig in Computern und Verarbeitungseinheiten verwendet. Es wird auch in Lampen und Verst\u00e4rkern eingesetzt.<\/span><\/p>\n

\"Aluminiumk\u00fchlk\u00f6rper\"<\/p>\n

Aluminiumk\u00fchlk\u00f6rper vergr\u00f6\u00dfern im Wesentlichen die W\u00e4rmeableitungsfl\u00e4che, was zu einer schnellen Abk\u00fchlung und schnelleren W\u00e4rmeableitung vom elektronischen Ger\u00e4t f\u00fchrt.\u00a0<\/span><\/p>\n

Abschluss<\/span><\/h2>\n

Aluminium ist einer der besten Leiter und bietet immer mehr Einsatzm\u00f6glichkeiten. Es ist leicht, kosteng\u00fcnstig und weltweit verf\u00fcgbar und eignet sich daher ideal f\u00fcr viele elektrische Anwendungen. <\/span><\/p>\n

Aluminium ist neben Kupfer einer der beiden kommerziell genutzten Leiter. Obwohl es etwas weniger leitf\u00e4hig als Kupfer ist, ist es aufgrund seines geringen Gewichts in vielen Branchen, von der Automobilindustrie bis hin zu Stromnetzen, \u00e4u\u00dferst n\u00fctzlich.\u00a0<\/span><\/p>\n

Die Leitf\u00e4higkeit von Aluminium ist so hoch, dass eine einfache Aluminiumfolie als elektrischer Leiter fungieren kann. Die Leitf\u00e4higkeit der Folie ist jedoch deutlich geringer als die eines Drahtes oder von reinem Aluminium. <\/span><\/p>\n

Dies liegt daran, dass die Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit von Aluminium dessen Leitf\u00e4higkeit beeinflusst. Lackieren, Beschichten oder Eloxieren kann die Leitf\u00e4higkeit erheblich verringern. Daher sollten Sie vor der Oberfl\u00e4chenbehandlung die endg\u00fcltige Anwendung Ihres Aluminiumprodukts ber\u00fccksichtigen.\u00a0<\/span><\/p>\n

 <\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

The International Aluminum Institute (IAI) predicts the global demand for aluminum in the electronics industry will rise from 8 million tons to 12 million tons in the coming years. However, the demand for copper is expected to reach the same level (around 13 million tons). 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