Понимание электропроводности алюминия

Международный институт алюминия (IAI) прогнозирует, что глобальный спрос на алюминий в электронной промышленности будет расти. рост с 8 млн тонн до 12 млн тонн в ближайшие годы. Однако ожидается, что спрос на медь достигнет такого же уровня (около 13 млн тонн).. Возникает вопрос: насколько хорошим проводником является алюминий? 

Понимание электропроводности алюминия важно для дизайнеров, разработчиков продукции и компаний, которые хотят извлечь выгоду из экономичности алюминия или его легких свойств. 

В этом блоге мы рассмотрим алюминиевые проводники, электрические характеристики алюминия и их возможное использование в качестве альтернативы меди и другим проводящим металлам. 

Электропроводность алюминия

Алюминий как металл

Прежде чем мы углубимся в проводимость алюминия и его электрические свойства, приведем несколько основных фактов об алюминии. 

Эти базовые знания помогут вам понять таблицу свойств и упростить сравнение алюминиевых проводников. 

Алюминий — это металлический элемент таблицы Менделеева с атомным номером 13. Это один из самых распространенных металлов на Земле. К сожалению, алюминий не существует в чистом виде и его приходится производить в промышленных масштабах из его руды.Боксит. 

Боксит

Алюминиевый проводник широко используется в электронной промышленности и является четвертым по проводимости металлом после серебра, меди и золота; в этой последовательности. Многие сплавы алюминия имеют разную проводимость. 

Алюминий легкий, пластичный и устойчивый к коррозии, что помогает ему в электротехнике, поскольку его можно превратить в провода и быстро расплавить для пайки. 

Так в чем же значение числа 13?  Он представляет собой количество электронов в атоме алюминия и их расположение на электронных орбиталях. Позже мы обнаружим, что именно эти электроны вносят вклад в проводимость алюминия.

Как измерить проводимость?

Проводимость показывает, насколько хорошо металл может проводить электричество. Это мера склонности материала проводить электрический ток. 

Проводимость измеряется в Сименсах (См) на метр (м).. Для алюминия через алюминиевый образец пропускают известный ток и измеряют падение напряжения с помощью щупов. 

Это можно использовать для расчета проводимости металлического алюминия по формуле. 

Как измерить проводимость

Может ли алюминий проводить электричество?

Алюминий – один из лучших электропроводников. По проводимости он уступает чистой меди. Проводник из чистого алюминия имеет электрическая проводимость 33,3 х 107 С/м. 

Электропроводность алюминия

Чтобы легко понять проводимость, ее часто сравнивают с проводимостью чистой меди. Чистая медь является лучшим электрическим проводником после серебра. Который по экономическим причинам нецелесообразно использовать в качестве проводника в промышленных масштабах. 

Международный стандарт отожженной меди (IACS) дает сравнительные данные по проводимости. Алюминий — это 61% IACS, что означает, что его электропроводность равна 61% электропроводности меди. 

Алюминий широко используется в электрооборудовании из-за его экономичности и низкого электрического сопротивления. Алюминий весит примерно на 30% легче меди, что делает его идеальным для воздушных силовых кабелей. 

Алюминий настолько хороший проводник электричества, что линии электропередачи в основном сделаны из алюминия, а электрический ток, поступающий в ваш дом, поступает через алюминиевые проводники. 

Как алюминий проводит электричество?

Если вы дизайнер, понимание того, как алюминий проводит электричество, может помочь вам сделать выбор между алюминиевыми сплавами и другими металлами для вашего проекта. 

Алюминий может проводить электричество благодаря своей структуре и атомным связям. 

В этом разделе рассказывается, как алюминий может проводить электричество. 

Справочная информация о текущем

На самом базовом уровне можно подумать, что ток — это мера электричества. Это не совсем так. Ток — это скорость, с которой заряд проходит через точку внутри контура. 

Чтобы понять, как работают алюминиевые проводники, вам необходимо понять «заряд», который представляет собой положительный или отрицательный ион или электрон. 

Проводимость алюминия

Атомы алюминия состоят из протонов и нейтронов, плотно удерживаемых в ядре и окруженных электронами. 

Когда атом алюминия теряет электрон, его называют ионом алюминия – положительно заряженным ионом алюминия.

Атомы алюминия

Алюминий состоит из множества таких атомов, которые плотно упакованы вместе и имеют внешний электрон в виде свободных электронов. Они не удерживаются прочно ядром атомов алюминия и могут перемещаться вокруг алюминия. 

Если быть точным, атомы алюминия имеют 13 электронов и 13 протонов. Вот почему в таблице Менделеева он отмечен цифрой 13. Расположение этих 13 электронов по орбиталям приводит к появлению 3 электронов на его внешней оболочке, которые испытывают слабое притяжение со стороны ядра. 

Алюминий и другие металлы окружены морем электронов, которые могут свободно перемещаться. Всякий раз, когда на концах алюминиевой детали возникает разность потенциалов, эти электроны проводимости могут двигаться в направлении полярности (положительной или отрицательной). 

Это движение свободных электронов заставляет алюминий проводить электричество, и мерой скорости, с которой эти электроны проходят через точку, является ток. 

Как проводимость алюминия по сравнению с другими металлами

Тест на электропроводность алюминия также позволяет определить правильные марки алюминия и определить, был ли алюминий подвергнут процессу термообработки. Образец термообработанного алюминия имеет другую проводимость, чем необработанный алюминий. 

Определены международные стандартные соотношения отожженной меди для различных сплавов и методов обработки.

Существуют различия в проводимости от алюминиевого сплава к алюминиевому сплаву, а также между алюминием и металлами. Эта таблица из Исследовательгейт сравнивает проводимость алюминия с известными металлами.

КлассифицироватьМеталлЭлектрическая проводимость (См-1)
1Серебро66.7 106
2Медь64.1 106
3Золото49.0 106
4Алюминий40.8 106
5Родий23.3 106
6Цинк18.2 106
6Никель16.4 106
7Кадмий14.7 106
8Железо11.2 106

 

Из таблицы вы можете быстро понять, что железо — не лучший выбор для электротехники. Железо в основном используется в виде нержавеющей стали и является одним из худших проводников. 

Но почему медь занимает такое высокое место с точки зрения проводимости электричества?

Почему медь более проводящая, чем алюминий?

По многим причинам медь по-прежнему остается основным выбором для электрических проводников. Он более пластичен, имеет золотисто-коричневую отделку, что улучшает эстетику, а также обладает большей прочностью и твердостью. Да, это отличный проводник электричества и лучше, чем алюминий.

Медь является лучшим электрическим проводником, чем алюминий, из-за ее устойчивости к электрическому току. 

Сопротивление – это мера противодействия току. Материалы с высоким сопротивлением, такие как пластик или резина, называются изоляторами. Все материалы обладают сопротивлением, но у металлов оно крайне мало. 

Сопротивление зависит от размеров и свойства материала, называемого удельным сопротивлением. Если вы рассмотрите медные проводники такой же длины и площади, как и их алюминиевые аналоги, вы обнаружите, что медные проводники имеют высокую проводимость. Это потому что медь имеет меньшее удельное сопротивление, чем алюминий. 

электропроводность меди

В экспериментальные условия, медь является хорошим проводником, поскольку ее свободные электроны с меньшей вероятностью испытывают явление, называемое фононным столкновением. Это когда вибрирующие атомы производят механическую форму энергии, которая мешает движению электронов. В результате свободные электроны алюминия, хотя и имеют более высокую концентрацию, чем медь, испытывают больше фононных столкновений и рассеиваются, или, другими словами, способствуют сопротивлению электрическому току. 

Марки алюминия и электропроводность

В необработанном виде алюминий имеет низкую устойчивость к электрическому току. Однако алюминий используется не так. Большинство применений алюминия требуют специальной обработки, добавления примесей или образования сплавов. 

Алюминиевые сплавы классифицируются по маркам. Марки алюминия начинаются с серии 1000 и заканчиваются серией 8000. Вы можете узнать больше о марках алюминия и их лучших применениях. здесь.

алюминиевые стержни

Алюминий серии 1000 является самым чистым и проводящим. Серия 2000 – это сплавы меди, серия 6000 – сплавы магния, кремния и алюминия. 

Не существует твердого правила для определения проводимости марок алюминия. Вместо этого большинство данных являются экспериментальными. 

EC-марки алюминия лучше всего проводят электричество.. Это алюминий 1000-й серии (1350 Al) с хорошей электро- и теплопроводностью. EC относится к электрическому классу. В нем есть примерно 61 % Проводимость IACS. 

Другие марки алюминия, такие как AA-8006 и AA-8011, также являются хорошими проводниками и применяются в таких областях, как алюминиевая проволока и строительство. 

Отделка алюминия и проводимость

Отделка поверхности алюминия может изменить его электрические свойства. Проще говоря, если вы используете алюминий для электронных устройств и в конечном итоге получаете какое-то изменение поверхности, это может уменьшить проводимость алюминия. Таким образом, вы разрушаете свою первоначальную цель — иметь хорошего дирижера. 

виды отделки алюминием

Алюминий имеет очень тонкий слой естественного оксида алюминия. Многие люди хотят, чтобы их продукция прослужила дольше, и проводят анодирование, которое может повысить ее коррозионную стойкость за счет увеличения оксидного слоя. 

Однако слой оксида алюминия не проводит электричество, поскольку не имеет свободных электронов. Таким образом, вы окружаете алюминий чрезвычайно плохим проводником электричества. 

Порошковое покрытие, термообработка, краска и пластиковые покрытия по-разному влияют на алюминиевые проводники. Как уже упоминалось, их отношение проводимости к IACS иногда используется для определения того, какая термообработка проводилась на алюминии. 

Например, 6009-T4 — это 44 % IACS, а 6009-T6 — 47% IACS. Т4 и Т6 — это разные типы процессов термообработки одного и того же алюминиевого сплава.

Применение алюминия в электронике и электротехнических изделиях

Есть много причин использовать алюминий в качестве электрического проводника. Однако его свойства делают его идеальным для некоторых конкретных целей в электротехнической промышленности. 

Электропроводка и кабели

Алюминиевый провод часто используется в воздушных линиях электропередачи, поскольку алюминий имеет меньшую плотность, чем медь. Это означает, что он легче меди. 

Использование алюминиевой проволоки вместо медной приводит к снижению веса в три раза, что помогает предотвратить провисание этих кабелей. Таким образом, для алюминиевой линии длиной 1 м и весом около 6 кг потребуется эквивалентный медный проводник массой 18 кг. 

алюминиевый кабельный провод

Алюминий имеет марки 60% – 64% IACS, что обеспечивает отличную проводимость по сравнению с его весом и количеством. 

Алюминий также более экономически эффективен в производстве и с ним легче обращаться, чем с медью. 

В то время как в домах и на строительных площадках чаще используются медные провода, в промышленности и крупных источниках энергии используются алюминиевые провода. Алюминиевые провода серии 8000 обладают отличной проводимостью и используются в электропроводке жилых домов. 

Электрические компоненты

Электропроводность алюминия также используется для изготовления электрических компонентов, от небольших разъемов до крупных электронных устройств, где можно использовать его легкие свойства. 

алюминиевая электрическая коробка

Быстрорастущим рынком алюминия являются электромобили, где в корпусах двигателя и электродвигателя используется алюминий, чтобы тяжелая батарея не увеличивала вес. 

Радиаторы

Его теплопроводность делает его идеальным для радиаторов и часто встречается в компьютерах и процессорах. Они также используются в лампах и усилителях.

алюминиевый радиатор

Алюминиевые радиаторы существенно увеличивают площадь рассеивания тепла, что приводит к быстрому охлаждению и более быстрому отводу тепла от электронного устройства. 

Заключение

Алюминий — один из лучших проводников, область применения которого постоянно расширяется. Он имеет небольшой вес, низкую стоимость и доступность по всему миру, что делает его идеальным для многих электрических применений.

Алюминий является одним из двух коммерчески используемых проводников, помимо меди. Несмотря на то, что он немного менее проводящий, чем медь, его легкий вес делает его чрезвычайно полезным во многих отраслях промышленности, от автомобилей до электросетей. 

Проводимость алюминия настолько высока, что простая алюминиевая фольга может выступать в качестве электрического проводника. Однако проводимость фольги будет намного меньше, чем у проволоки или чистого алюминия.

Это связано с тем, что особенности поверхности алюминия влияют на его проводимость. Покраска, покрытие или анодирование могут значительно снизить проводимость. Таким образом, вам следует подумать об окончательном применении вашего алюминиевого изделия, прежде чем рассматривать какую-либо обработку поверхности. 

 

Оглавление

Здесь, в WELLSTE, мы поставляем вам любые алюминиевые профили и алюминиевые профили по индивидуальному заказу.

ru_RUРусский
Прокрутить вверх

Свяжитесь с нами сегодня, мы немедленно свяжемся с вами

Форма блога

Ваша информация будет строго конфиденциальна.

Мы свяжемся с вами в течение 1 рабочего дня.

Привет! Я Сюзанна Ли, директор по информационной безопасности Wellste. Я и моя команда будем рады встретиться с вами и узнать все о вашем бизнесе, требованиях и ожиданиях.