Alüminyumun Elektriksel İletkenliğini Anlamak

Uluslararası Alüminyum Enstitüsü (IAI), elektronik endüstrisinde alüminyuma yönelik küresel talebin artacağını öngörüyor 8 milyon tondan 12 milyon tona çıktı Önümüzdeki yıllarda. Ancak, bakır talebinin aynı seviyeye (yaklaşık 13 milyon ton) ulaşması bekleniyorBu da şu soruyu akla getiriyor: Alüminyum ne kadar iyi bir iletkendir? 

Alüminyumun elektriksel iletkenliğini anlamak, alüminyumun maliyet etkinliğinden veya hafif özelliklerinden yararlanmak isteyen tasarımcılar, ürün geliştiricileri ve şirketler için önemlidir. 

Bu blog yazımızda alüminyum iletkenleri, alüminyumun elektriksel özelliklerini ve bakır ve diğer iletken metallere alternatif olarak olası kullanımlarını ele alacağız. 

Alüminyum Metal Olarak

Alüminyumun iletkenliği ve elektriksel özelliklerine dalmadan önce, alüminyum hakkında bazı temel gerçekleri ele alalım. 

Bu arka plan bilgisi, özellik tablosunu anlamanıza ve alüminyum iletkenler arasındaki karşılaştırmayı kolaylaştırmanıza yardımcı olacaktır. 

Alüminyum periyodik tabloda atom numarası 13 olan bir metal elementtir. Dünyada bulunan en bol metallerden biridir. Ne yazık ki alüminyum saf haliyle mevcut değildir ve cevherinden endüstriyel ölçekte üretilmesi gerekir.Boksit. 

Alüminyum iletken elektronik endüstrisinde yaygın olarak kullanılır ve gümüş, bakır ve altından sonra en iletken 4. metaldir; bu sırayla. Alüminyumun birçok alaşımı farklı iletkenliklere sahiptir. 

Alüminyum hafif, sünek ve korozyona dayanıklıdır; bu da tel haline getirilebilmesi ve lehimleme için hızla eritilebilmesi sayesinde elektrik uygulamalarında kullanılmasına olanak tanır. 

Peki 13 sayısının önemi nedir?  Alüminyum atomunun elektron sayısını ve elektron orbitallerindeki dizilimini ifade eder. Daha sonra alüminyumun iletkenliğine katkıda bulunanın bu elektronlar olduğunu göreceğiz.

İletkenlik Nasıl Ölçülür?

İletkenlik, bir metalin elektriği ne kadar iyi iletebildiğini söyler. Bir malzemenin elektrik akımını iletme eğiliminin bir ölçüsüdür. 

İletkenlik Siemens (S) cinsinden metre (m) başına ölçülürAlüminyum için, bilinen bir akım alüminyum numunesinden geçirilir ve voltaj düşüşü problar kullanılarak ölçülür. 

Alüminyum metalinin iletkenliğini bir formül yardımıyla hesaplamak mümkündür. 

Alüminyum Elektriği İletebilir Mi?

Alüminyum en iyi elektrik iletkenlerinden biridir. İletkenlik açısından saf bakırın hemen arkasındadır. Saf alüminyum iletken, elektriksel iletkenlik 33,3 x'in 107 Erkek/erkek. 

İletkenliği kolayca anlamak için, genellikle saf bakırla karşılaştırılır. Saf bakır, gümüşten sonra en iyi elektrik iletkenidir. Ekonomik nedenlerden dolayı, endüstriyel ölçekte iletken olarak kullanılması uygun değildir. 

Uluslararası Tavlanmış Bakır Standardı (IACS) iletkenlik için karşılaştırmalı bir referans sağlar. Alüminyum 61% IACS'dir, yani bakırınkine göre 61%'lik bir elektrik iletkenliğine sahiptir. 

Alüminyum, maliyet etkinliği ve düşük elektrik direnci nedeniyle elektrikli ekipmanlarda yaygın olarak kullanılır. Alüminyum, bakırdan yaklaşık 30% daha hafiftir ve bu da onu havai güç kabloları için ideal hale getirir. 

Alüminyum elektriği o kadar iyi iletir ki iletim hatları çoğunlukla alüminyumdan yapılır ve evinize gelen elektrik akımı alüminyum iletkenler üzerinden gelir. 

Alüminyum Elektriği Nasıl İletir?

Eğer bir tasarımcıysanız, alüminyumun elektriği nasıl ilettiğini anlamak, projeniz için alüminyum alaşımları ile diğer metaller arasında karar vermenize yardımcı olabilir. 

Alüminyum yapısı ve atomik bağları nedeniyle elektriği iletebilir. 

Bu bölümde alüminyumun elektriği nasıl iletebildiği anlatılmaktadır. 

Mevcut Hakkında Arka Plan

En temel düzeyde, akımın bir elektrik ölçüsü olduğunu düşünebilirsiniz. Bu tamamen doğru değil. Akım, yükün bir döngünün içindeki bir noktadan geçme hızıdır. 

Alüminyum iletkenlerin nasıl çalıştığını anlamak için, pozitif veya negatif iyon veya elektron anlamına gelen 'yük' kavramını anlamanız gerekir. 

Alüminyumun İletkenliği

Alüminyum atomları, çekirdekte sıkıca tutulan proton ve nötronlardan oluşur ve elektronlarla çevrilidir. 

Bir alüminyum atomu bir elektron kaybettiğinde buna alüminyum iyonu denir; pozitif yüklü bir alüminyum iyonu.

Alüminyum, sıkı bir şekilde bir arada tutulan ve dış elektronları serbest elektronlar olan bu atomların çoğundan oluşur. Bunlar alüminyum atomlarının çekirdeği tarafından sıkıca tutulmaz ve alüminyumun etrafında hareket edebilir. 

Daha spesifik olmak gerekirse, alüminyum atomları 13 elektron ve 13 protona sahiptir. Bu yüzden periyodik tabloda 13 olarak işaretlenmiştir. Bu 13 elektronun orbitallere yerleştirilmesi, çekirdekten zayıf çekim deneyimleyen dış kabuğunda 3 elektronla sonuçlanır. 

Alüminyum ve diğer metaller serbestçe hareket edebilen bir elektron deniziyle çevrilidir. Bir alüminyum parçasının uçları arasında potansiyel farkı olduğunda, bu iletim elektronları polarite yönünde (pozitif veya negatif) hareket edebilir. 

Serbest elektronların bu hareketi alüminyumun elektriği iletmesini sağlar ve bu elektronların bir noktadan geçme hızının ölçüsü akımdır. 

Alüminyumun İletkenliği Diğer Metallerle Karşılaştırıldığında Nasıldır?

Alüminyum üzerindeki iletkenlik testi ayrıca alüminyumun doğru sınıflarını belirleyebilir ve alüminyum üzerinde bir ısıl işlem yapılıp yapılmadığını belirleyebilir. Isıl işlem görmüş bir alüminyum numunesi, işlenmemiş alüminyumdan farklı bir iletkenliğe sahiptir. 

Farklı alaşımlar ve işlem yöntemleri için tanımlanmış Uluslararası Tavlanmış Bakır Standardı oranları vardır.

Alüminyum alaşımından alüminyum alaşımına ve alüminyum ile metaller arasında iletkenlik değişimi vardır. Bu tablo Araştırma kapısı Alüminyumun iletkenliğini bilinen metallerle karşılaştırır.

Tablodan, Demir'in elektrik uygulamaları için en iyi seçim olmadığını hemen anlayabilirsiniz. Demir çoğunlukla paslanmaz çelik formunda kullanılır ve en kötü iletkenlerden biridir. 

Peki bakır, elektrik iletkenliği açısından neden bu kadar üst sıralarda yer alıyor?

Bakır Neden Alüminyumdan Daha İletkendir?

Birçok nedenden ötürü, bakır hala elektrik iletkenleri için birincil tercihtir. Daha sünektir, estetiğe yardımcı olabilecek altın-kahverengi bir yüzeye sahiptir ve daha iyi mukavemet ve sertliğe sahiptir. Evet, mükemmel bir elektrik iletkenidir ve alüminyumdan daha iyidir.

Bakır, elektrik akımına karşı direnci nedeniyle alüminyumdan daha iyi bir elektrik iletkenidir. 

Direnç, akım akışına karşı koymanın bir ölçüsüdür. Plastik veya kauçuk gibi yüksek dirence sahip malzemelere yalıtkan denir. Tüm malzemelerin direnci vardır, ancak metallerde bu direnç son derece küçüktür. 

Direnç boyutlara ve özdirenç adı verilen bir malzeme özelliğine bağlıdır. Bakır iletkenleri alüminyum muadilleriyle aynı uzunluk ve alana sahip olarak ele alırsanız, bakır iletkenlerin yüksek iletkenliğe sahip olduğunu görürsünüz. Bunun nedeni bakırın özdirenci alüminyumdan daha küçüktür. 

İçinde deneysel terimler, Bakır iyi bir iletkendir çünkü serbest elektronlarının fonon çarpışması adı verilen bir olguyu yaşama olasılığı daha düşüktür. Bu, titreşen atomların elektron hareketine müdahale eden mekanik bir enerji biçimi ürettiği zamandır. Sonuç olarak, alüminyumun serbest elektronları, bakırdan daha yüksek bir konsantrasyonda olmalarına rağmen, daha fazla fonon çarpışması yaşar ve etrafa saçılır veya başka bir deyişle, elektrik akımına karşı dirence katkıda bulunur. 

Alüminyum Sınıfları ve Elektriksel İletkenlik

Ham haliyle alüminyum, elektrik akımına karşı düşük bir dirence sahiptir. Ancak alüminyum bu şekilde kullanılmaz. Alüminyumun çoğu uygulaması, belirli bir işlem, safsızlık eklenmesi veya alaşımların oluşturulmasını gerektirir. 

Alüminyum alaşımları derecelere göre sınıflandırılır. Alüminyum dereceleri 1000 serisinden başlar ve 8000 serisine kadar uzanır. Alüminyum dereceleri ve en iyi uygulamaları hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz Burada.

1000 serisi alüminyum en saf ve en iletken olanıdır. 2000 serisi bakır alaşımlarıdır ve 6000 serisi magnezyum-silisyum ve alüminyum alaşımlarıdır. 

Alüminyum sınıflarının iletkenliğini tahmin etmek için kesin bir kural yoktur. Bunun yerine çoğu veri deneyseldir. 

Alüminyumun EC dereceleri elektriği en iyi şekilde iletir. Bu, iyi elektriksel ve termal iletkenliğe sahip 1000 serisi alüminyumdur (1350 Al). EC, elektriksel sınıfı ifade eder. yaklaşık olarak 61 % IACS iletkenliği. 

AA-8006 ve AA-8011 gibi diğer alüminyum sınıfları da alüminyum tel ve inşaat gibi uygulamalarda iyi iletkenlerdir. 

Alüminyumun Kaplaması ve İletkenliği

Alüminyumun yüzey kaplaması elektriksel özelliklerini değiştirebilir. Basitçe söylemek gerekirse, elektronik cihazlar için alüminyum kullanırsanız ve bir tür yüzey değişikliğiyle sonuçlanırsa, bu alüminyumun iletkenliğini azaltabilir. Dolayısıyla, iyi bir iletkene sahip olma amacınızı boşa çıkarır. 

Alüminyumun son derece ince olan doğal bir alüminyum oksit tabakası vardır. Birçok kişi ürünlerinin daha uzun süre dayanmasını ve oksit tabakasını büyüterek korozyon direncini artırabilen anodizasyon işlemi gerçekleştirmesini ister. 

Ancak alüminyum oksit tabakası serbest elektronlara sahip olmadığı için elektriği iletmez. Bu şekilde, alüminyumu aşırı derecede zayıf bir elektrik iletkeniyle çevrelemiş olursunuz. 

Toz kaplama, ısıl işlem, boya ve plastik kaplamaların hepsi alüminyum iletkenleri farklı şekilde etkiler. Belirtildiği gibi, IACS'ye göre iletkenlik oranları bazen alüminyuma hangi ısıl işlemin yapıldığını belirlemek için kullanılır. 

Örneğin 6009-T4, 44 % IACS iken, 6009-T6, 47% IACS'dir. T4 ve T6, aynı alüminyum alaşımı için farklı tipte ısıl işlem prosesleridir.

Alüminyumun Elektronik ve Elektrik Ürünlerinde Uygulamaları

Alüminyumu elektrik iletkeni olarak kullanmak için birçok neden vardır. Ancak, özellikleri onu elektrik endüstrisindeki birkaç özel amaç için ideal hale getirir. 

Kablolama ve Kablolama

Alüminyum tel genellikle havai iletim hatlarında kullanılır çünkü alüminyumun yoğunluğu bakırdan düşüktür. Bu, bakırdan daha hafif olduğu anlamına gelir. 

Bakır tel yerine alüminyum tel kullanmak üç kat daha hafif bir ağırlıkla sonuçlanır ve bu da bu kabloların sarkmasını önlemeye yardımcı olur. Yani, yaklaşık 6 Kg ağırlığındaki 1 m'lik bir alüminyum hat için 18 Kg'lık eşdeğer bir bakır iletken gerekir. 

Alüminyum, ağırlığına ve bolluğuna kıyasla mükemmel bir iletkenlik olan yaklaşık 60% – 64% IACS sunar. 

Alüminyumun üretimi bakırdan daha uygun maliyetlidir ve işlenmesi de daha kolaydır. 

Evler ve inşaat sahaları bakır telleri daha çok kullanırken, endüstriler ve önemli güç üretim kaynakları alüminyum telleri kullanır. 8000 serisi alüminyum teller mükemmel iletkenliğe sahiptir ve konut binalarının elektrik kablolamasında kullanılır. 

Elektrik bileşenleri

Alüminyumun elektriksel iletkenliği, hafif özelliklerinin kullanılabildiği küçük konektörlerden büyük elektronik cihazlara kadar elektrikli bileşenlerin üretiminde de kullanılır. 

Alüminyumun hızla büyüyen bir pazarı da elektrikli otomobiller. Bu otomobillerde, motor ve elektrik motorunun kasaları, ağır akünün daha fazla ağırlık eklemesini önlemek için alüminyumdan üretiliyor. 

Soğutucular

Isıl iletkenliği onu soğutucular için ideal hale getirir ve genellikle bilgisayarlarda ve işlem ünitelerinde bulunur. Ayrıca lambalarda ve amplifikatörlerde de kullanılırlar.

Alüminyum soğutucular esas olarak ısı dağılımı alanını artırarak, hızlı soğutma ve ısının elektronik cihazdan daha çabuk uzaklaştırılmasını sağlar. 

Çözüm

Alüminyum, sürekli genişleyen kullanımlara sahip en iyi iletkenlerden biridir. Hafiftir, düşük maliyetlidir ve dünya çapında kolayca bulunabilir, bu da onu birçok elektrik kullanımı için ideal hale getirir.

Alüminyum, bakırın yanı sıra ticari olarak kullanılan iki iletkenden biridir. Bakırdan biraz daha az iletken olmasına rağmen, hafifliği onu otomobillerden elektrik şebekelerine kadar birçok endüstride son derece kullanışlı hale getirir. 

Alüminyumun iletkenliği o kadar yüksektir ki basit bir alüminyum folyo elektrik iletkeni görevi görebilir. Ancak folyonun iletkenliği bir telin veya saf alüminyumun iletkenliğinden çok daha az olacaktır.

Bunun nedeni, alüminyumun yüzey özelliklerinin iletkenliğini etkilemesidir. Boyama, kaplama veya anodizasyon iletkenliği önemli ölçüde azaltabilir. Bu nedenle, herhangi bir yüzey işlemini düşünmeden önce alüminyum ürününüzün son uygulamasını göz önünde bulundurmalısınız.