알루미늄의 전기 전도도 이해

국제 알루미늄 연구소(IAI)는 전자 산업에서 알루미늄에 대한 글로벌 수요가 증가할 것으로 예측합니다. 800만 톤에서 1200만 톤으로 증가 앞으로 몇 년 안에. 그러나 구리 수요는 같은 수준(약 1300만톤)에 도달할 것으로 예상된다.. 그러면 알루미늄은 얼마나 좋은 도체일까요? 

알루미늄의 전기 전도도를 이해하는 것은 알루미늄의 비용 효율성이나 경량 특성을 활용하고자 하는 설계자, 제품 개발자 및 회사에 필수적입니다. 

이 블로그에서는 알루미늄 도체, 알루미늄의 전기적 특성, 그리고 구리 및 기타 전도성 금속의 대체재로서 알루미늄을 사용할 수 있는 가능성에 대해 다루겠습니다. 

금속으로서의 알루미늄

알루미늄의 전도도와 전기적 특성에 대해 자세히 알아보기에 앞서 알루미늄에 대한 몇 가지 기본 사실을 알아보겠습니다. 

이러한 배경 지식은 특성 표를 이해하고 알루미늄 도체를 더 쉽게 비교하는 데 도움이 될 것입니다. 

알루미늄은 주기율표에서 원자 번호 13인 금속 원소입니다. 지구상에서 가장 풍부한 금속 중 하나입니다. 안타깝게도 알루미늄은 순수한 형태로 존재하지 않으며 광석에서 산업적 규모로 생산해야 합니다.보크사이트. 

알루미늄 도체는 전자 산업에서 널리 사용되고 있으며, 은, 구리, 금 다음으로 4번째로 전도성이 높은 금속입니다. 이 순서대로. 많은 알루미늄 합금은 서로 다른 전도성을 가지고 있습니다. 

알루미늄은 가볍고, 연성이 있으며, 부식에 강하기 때문에 전기 응용 분야에 적합합니다. 왜냐하면 알루미늄을 전선으로 만들고 빠르게 녹여 납땜할 수 있기 때문입니다. 

그렇다면 숫자 13의 의미는 무엇일까요?  이는 알루미늄 원자의 전자 수와 전자 궤도에서의 전자 배열을 나타냅니다. 나중에 우리는 이 전자들이 알루미늄의 전도도에 기여한다는 것을 알게 될 것입니다.

전도도를 측정하는 방법?

전도도는 금속이 얼마나 잘 전기를 전도할 수 있는지를 알려줍니다. 이는 재료가 전류를 전도하는 경향을 측정하는 것입니다. 

전도도는 미터(m)당 지멘스(S)로 측정됩니다.알루미늄의 경우, 알려진 전류를 알루미늄 샘플에 통과시키고 프로브를 사용하여 전압 강하를 측정합니다. 

이는 공식을 사용하여 알루미늄 금속의 전도도를 계산하는 데 사용될 수 있습니다. 

알루미늄은 전기를 전도할 수 있을까?

알루미늄은 최고의 전기 전도체 중 하나입니다. 전도도 면에서 순수 구리 바로 뒤에 있습니다. 순수 알루미늄 전도체는 전기 전도도 33.3 x의 107 중간/중간 크기 

전도도를 쉽게 이해하기 위해, 종종 순수 구리와 비교합니다. 순수 구리는 은 다음으로 최고의 전기 전도체입니다. 경제적인 이유로 산업적 규모로 전도체로 사용하기에는 적합하지 않습니다. 

국제 어닐링 구리 표준(IACS)은 전도도에 대한 비교 기준을 제공합니다. 알루미늄은 61% IACS로, 이는 전기 전도도가 구리와 동일한 61% 수준이라는 의미입니다. 

알루미늄은 비용 효율성과 낮은 전기 저항으로 인해 전기 장비에 널리 사용됩니다. 알루미늄은 구리보다 약 30% 가벼워 가공 전력 케이블에 이상적입니다. 

알루미늄은 전기를 잘 통하게 하기 때문에 송전선은 대부분 알루미늄으로 만들어지고, 집으로 들어오는 전류는 알루미늄 도체를 통해 전달됩니다. 

알루미늄은 어떻게 전기를 전도하는가?

만약 당신이 디자이너라면 알루미늄이 전기를 어떻게 전도하는지 이해하는 것이 프로젝트에 알루미늄 합금과 다른 금속을 사용할지 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다. 

알루미늄은 그 구조와 원자 결합으로 인해 전기를 전도할 수 있습니다. 

이 섹션에서는 알루미늄이 어떻게 전기를 전도하는지에 대해 다룹니다. 

현재에 대한 배경

가장 기본적인 수준에서, 전류는 전기의 척도라고 생각할 것입니다. 그것은 전적으로 사실이 아닙니다. 전류는 전하가 루프 내부의 지점을 통과하는 속도입니다. 

알루미늄 도체의 작동 방식을 이해하려면 '전하'를 이해해야 합니다. 전하란 양이온이나 음이온, 전자를 말합니다. 

알루미늄의 전도

알루미늄 원자는 양성자와 중성자로 이루어져 있으며, 핵심에 단단히 고정되어 있고 전자에 둘러싸여 있습니다. 

알루미늄 원자가 전자를 잃으면 알루미늄 이온, 즉 양전하를 띤 알루미늄 이온이라고 합니다.

알루미늄은 이러한 원자로 구성되어 있으며, 원자는 서로 단단히 뭉쳐 있고 외부 전자는 자유 전자입니다. 이들은 알루미늄 원자의 핵심에 단단히 고정되지 않고 알루미늄 주변을 이동할 수 있습니다. 

구체적으로 알루미늄 원자는 전자 13개와 양성자 13개를 가지고 있습니다. 이것이 주기율표에서 13으로 표시된 이유입니다. 이 13개의 전자를 궤도에 배치하면 외부 껍질에 전자 3개가 생기고, 이 전자는 핵으로부터 약한 인력을 받습니다. 

알루미늄과 다른 금속은 자유롭게 움직일 수 있는 전자의 바다에 둘러싸여 있습니다. 알루미늄 조각의 양쪽 끝에 전위차가 있을 때마다 이러한 전도 전자는 극성(양극 또는 음극) 방향으로 이동할 수 있습니다. 

이러한 자유 전자의 움직임으로 인해 알루미늄은 전기를 전달하게 되고, 전자들이 어떤 지점을 통과하는 속도의 척도가 전류입니다. 

알루미늄의 전도도는 다른 금속과 어떻게 비교되는가

알루미늄의 전도도 테스트는 또한 올바른 등급의 알루미늄을 식별하고 알루미늄에 열처리 공정이 수행되었는지 확인할 수 있습니다. 열처리된 알루미늄 샘플은 처리되지 않은 알루미늄과 다른 전도도를 갖습니다. 

다양한 합금 및 처리 방법에 대해 정의된 국제 소둔 구리 표준 비율이 있습니다.

알루미늄 합금과 알루미늄 합금, 그리고 알루미늄과 금속 사이에는 전도도 차이가 있습니다. 이 표는 리서치게이트 알루미늄의 전도도를 알려진 금속과 비교합니다.

표에서 보면, 철이 전기 응용 분야에서 최고의 선택이 아니라는 것을 금방 알 수 있습니다. 철은 주로 스테인리스 스틸 형태로 사용되며 최악의 도체 중 하나입니다. 

그런데 구리가 전기 전도성 면에서 왜 그렇게 높은 순위를 차지할까요?

왜 구리는 알루미늄보다 전도성이 더 높을까?

여러 가지 이유로 구리는 여전히 전기 도체에 대한 주요 선택입니다. 더 연성이 있고, 미학에 도움이 되는 황금빛 갈색 마감이 있으며, 강도와 경도가 더 좋습니다. 그렇습니다. 전기의 우수한 도체이며 알루미늄보다 좋습니다.

구리는 전류에 대한 저항성이 높기 때문에 알루미늄보다 전기 전도도가 더 좋습니다. 

저항은 전류 흐름에 대한 반대의 척도입니다. 플라스틱이나 고무와 같이 저항이 높은 재료를 절연체라고 합니다. 모든 재료에는 저항이 있지만 금속에서는 매우 작습니다. 

저항은 치수와 저항률이라는 재료 속성에 따라 달라집니다. 알루미늄과 동일한 길이와 면적을 가진 구리 도체를 고려하면 구리 도체는 높은 전도도를 갖는 것을 알 수 있습니다. 그 이유는 다음과 같습니다. 구리는 알루미늄보다 저항률이 작습니다. 

~ 안에 실험 용어, 구리는 자유 전자가 포논 충돌이라고 불리는 현상을 겪을 가능성이 낮기 때문에 좋은 도체입니다. 이는 진동하는 원자가 전자의 움직임을 방해하는 기계적 형태의 에너지를 생성할 때입니다. 결과적으로 알루미늄의 자유 전자는 구리보다 농도가 높음에도 불구하고 더 많은 포논 충돌을 겪고 흩어지거나, 다시 말해 전류에 대한 저항에 기여합니다. 

알루미늄 등급 및 전기 전도도

알루미늄은 원래 형태에서 전류에 대한 저항이 낮습니다. 그러나 알루미늄은 그렇게 사용되지 않습니다. 대부분의 알루미늄 응용 분야에는 특정 처리, 불순물 추가 또는 합금 형성이 필요합니다. 

알루미늄 합금은 등급으로 분류됩니다. 알루미늄 등급은 1000 시리즈에서 시작하여 8000 시리즈까지 다양합니다. 알루미늄 등급과 최상의 용도에 대해 자세히 읽어보세요. 여기.

1000 시리즈 알루미늄은 가장 순수하고 전도성이 좋습니다. 2000 시리즈는 구리 합금이고, 6000 시리즈는 마그네슘-실리콘과 알루미늄 합금입니다. 

알루미늄 등급의 전도도를 추측하는 데는 확고한 규칙이 없습니다. 대신 대부분 데이터는 실험적입니다. 

EC등급 알루미늄은 전기 전도도가 가장 좋습니다. 이것은 전기 및 열 전도성이 좋은 1000 시리즈 알루미늄(1350 Al)입니다. EC는 전기 등급을 나타냅니다. 약 61 % IACS 전도도. 

AA-8006 및 AA-8011과 같은 다른 등급의 알루미늄도 알루미늄 와이어 및 건축 자재 등의 응용 분야에서 좋은 도체입니다. 

알루미늄의 마감 및 전도성

알루미늄의 표면 마감은 전기적 특성을 바꿀 수 있습니다. 간단히 말해서, 전자 기기에 알루미늄을 사용하고 표면이 어떤 형태로든 변형되면 알루미늄의 전도도가 떨어질 수 있습니다. 따라서 원래 목적인 좋은 전도체를 갖는 데 실패하게 됩니다. 

알루미늄은 매우 얇은 천연 산화 알루미늄 층을 가지고 있습니다. 많은 사람들이 제품이 더 오래 지속되기를 원하고 산화 층을 성장시켜 부식 저항성을 높일 수 있는 양극 산화 처리를 원합니다. 

그러나 산화 알루미늄 층은 자유 전자가 없기 때문에 전기를 전도하지 않습니다. 이런 식으로 알루미늄을 전기가 매우 약한 도체로 둘러싼 것입니다. 

분말 코팅, 열처리, 페인트 및 플라스틱 코팅은 모두 알루미늄 도체에 다르게 영향을 미칩니다. 언급했듯이 IACS에 대한 전도도 비율은 때때로 알루미늄에 어떤 열처리가 수행되었는지 식별하는 데 사용됩니다. 

예를 들어 6009-T4는 44 % IACS이고, 6009-T6는 47% IACS입니다. T4와 T6는 동일한 알루미늄 합금에 대한 다른 유형의 열처리 공정입니다.

전자 및 전기 제품에 대한 알루미늄의 응용

알루미늄을 전기 도체로 사용하는 데에는 여러 가지 이유가 있습니다. 그러나 그 특성으로 인해 전기 산업에서 몇 가지 특정 목적에 이상적입니다. 

배선 및 케이블링

알루미늄 와이어는 종종 가공 송전선에 사용되는데, 알루미늄은 구리보다 밀도가 낮기 때문입니다. 즉, 구리보다 무게가 가볍습니다. 

구리선 대신 알루미늄선을 사용하면 무게가 3배 가벼워져 이러한 케이블이 처지는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다. 따라서 무게가 약 6kg인 1m 알루미늄선의 경우 18kg의 동등한 구리 도체가 필요합니다. 

알루미늄은 약 60%~64% IACS를 제공하는데, 이는 무게와 풍부함에 비해 매우 우수한 전도도입니다. 

알루미늄은 구리보다 생산 비용 효율성이 높고 취급하기도 쉽습니다. 

주택과 건설 현장에서는 구리선을 더 많이 사용하지만, 산업과 주요 발전원에서는 알루미늄선을 사용합니다. 8000 시리즈 알루미늄선은 전도성이 뛰어나 주거용 건물의 전기 배선에 사용됩니다. 

전기 부품

알루미늄의 전기 전도성은 작은 커넥터에서부터 가벼운 특성을 활용할 수 있는 대형 전자 기기에 이르기까지 전기 부품을 만드는 데 사용됩니다. 

알루미늄에 대한 수요가 빠르게 성장하고 있는 분야는 전기 자동차입니다. 전기 자동차의 모터와 전기 모터의 케이스에 알루미늄을 사용하여 무거운 배터리로 인해 무게가 늘어나는 것을 방지합니다. 

히트싱크

열 전도성이 뛰어나 방열판에 이상적이며 컴퓨터와 처리 장치에서 흔히 발견됩니다. 램프와 증폭기에도 사용됩니다.

알루미늄 방열판은 기본적으로 방열 면적을 늘려서 전자 장치에서 열을 빠르게 냉각시키고 전달 속도를 높입니다. 

결론

알루미늄은 용도가 계속 확장되는 최고의 도체 중 하나입니다. 가볍고 저렴하며 전 세계적으로 쉽게 구할 수 있어 많은 전기 용도에 이상적입니다.

알루미늄은 구리 외에 상업적으로 사용되는 두 가지 도체 중 하나입니다. 구리보다 약간 덜 전도성이 있지만, 가벼워서 자동차부터 전력망까지 많은 산업에서 매우 유용합니다. 

알루미늄의 전도도는 매우 높아서 단순한 알루미늄 호일도 전기 도체로 작용할 수 있습니다. 그러나 호일의 전도도는 와이어나 순수 알루미늄보다 훨씬 낮을 것입니다.

이는 알루미늄의 표면 특성이 전도도에 영향을 미치기 때문입니다. 페인팅, 코팅 또는 양극산화 처리는 전도도를 크게 감소시킬 수 있습니다. 따라서 표면 처리를 고려하기 전에 알루미늄 제품의 최종 적용을 고려해야 합니다.