銅：電気伝導度、特性、特徴および用途
近代産業の多くの部門では銅のような材料が広く使用されている。この金属の電気伝導率は非常に高い。これは、主に電気工学におけるその応用の便宜性を説明している。銅からは、優れた性能特性を有する導体が得られる。もちろん、この金属は電気工学だけでなく、他の産業でも使用されています。その要求は、とりわけ、多くの腐食性媒体における腐食損傷に対する耐性、耐火性、延性などのその性質によって説明される。
歴史的背景
銅は人間に知られている金属です古代のこの材料を持つ人々の初期の知人は、ナゲットの形で本質的にその広範な普及によってまず説明されます。多くの科学者は、酸素化合物から復元された最初の金属である銅であると信じています。かつて、岩は火の上で単純に加熱され、急激に冷却され、亀裂を生じさせました。その後、石炭の添加と毛皮の吹き飛ばしにより銅の修復が行われた。この方法の改良は、最終的にシャフト炉の形成をもたらした。その後、この金属は、鉱石の酸化精錬法によって製造され始めた。
銅：材料の電気伝導率
静かな状態では、すべての自由電子どんな金属も核の周りを回転します。外部の衝撃エネルギー源を接続するとき、それらは一定の順序で整列され、電流のキャリアになります。金属が最後のものを通過する能力の程度は、導電率と呼ばれる。国際SIにおける測定単位はSiemensであり、1 cm = 1Ω-1.
銅の導電率は非常に高い。 この指標では、今日知られている非貴金属すべてを上回っています。彼女の現在のものがシルバーだけを通すよりも優れています。銅の導電率の指標は57×104cm-1 + 20℃の温度でこの特性のために、この金属は、現在、生産および家庭用として使用されているものの中で最も広く使用されている導体である。
銅は永久的な電気に完全に耐えるそれだけでなく、信頼性と耐久性があります。とりわけ、この金属は高い融点（1083.4℃）を特徴とする。そしてこれは、銅が加熱された状態で長時間働くことを可能にする。現在の導体としての普及率は、アルミニウムのみがこの金属と競合する可能性があります。
銅の導電率に及ぼす不純物の影響
もちろん、これを製錬するための私たちの時間赤い金属は、古代よりもはるかに高度な技術を使用しています。しかし、今日でさえ、完全に純粋なCuを得ることはほとんど不可能である。銅には常に異なる種類の不純物があります。これは、例えば、シリコン、鉄またはベリリウムであり得る。一方、銅中の不純物が多いほど、導電率の指標は低くなる。例えば、ワイヤの製造のためには、十分に純粋な金属のみが適している。標準によれば、銅は0.1％を超えない不純物の量でこの目的のために使用することができる。
非常に多くの場合、この金属はある割合の硫黄、ヒ素、アンチモン。第1の物質は、材料の可塑性を著しく低下させる。銅と硫黄の導電率は大きく異なります。この不純物は電流をまったく伝導しない。すなわち、それは良好な絶縁体である。しかし、硫黄は銅の導電率に影響を与えない。熱伝導率も同様です。アンチモンとヒ素の場合、その反対が当てはまります。これらの元素は、銅の電気伝導度を著しく低下させる可能性がある。
合金
各種の添加剤を使用することができ、具体的には、銅のようなプラスチック材料の強度を増加させる。それらはまた、その導電率を低下させる。しかし一方で、それらの使用は、様々な製品の耐用年数を著しく延ばすことができる。
ほとんどの場合、強度強化銅使用されたサプリメントはCd（0.9％）である。結果はカドミウムブロンズです。その導電率は銅の導電率の90％である。時には、カドミウムの代わりにアルミニウムも添加剤として使用されます。この金属の導電率は銅の同じ指標の65％である。添加剤の形態でワイヤーの強度を高めるために、スズ、リン、クロム、ベリリウムなどの他の材料および物質を使用することができる。結果は特定のブランドのブロンズです。銅と亜鉛の組み合わせは黄銅と呼ばれています。
合金の特性
金属の電気伝導度はその中に存在する不純物の量だけでなく、他の指標にも影響を与える。例えば、加熱温度が上昇すると、銅自体が電流を通過する能力が低下する。その製造方法さえも、そのようなワイヤの導電性に影響を与える。日常生活や職場では、ソフトアニール銅線と硬質線の両方が使用できます。最初の品種では、電流を通す能力がより高い。
しかし、最も影響力のある、もちろん、銅の電気伝導度に使用される添加剤とその量。以下の表は、この金属の最も一般的な合金の電流を通す能力に関する包括的な情報を読者に提供します。
合金 | 条件（О - アニーリング、T硬度） | 導電率（％） |
純銅 | 〜について | 101 |
T | 98 | |
錫ブロンズ（0.75％） | 〜について | 55-60 |
T | 50-55 | |
カドミウム青銅（0.9％） | 〜について | 95 |
T | 83-90 | |
アルミニウム青銅（2.5％のAl、2％のSn） | 〜について | 15-18 |
T | 15-18 | |
リン青銅（7％Sn、0.1％） | 〜について | 10-15 |
T | 10-15 |
黄銅と銅の導電率は同等です。 しかし、もちろん、最初の金属はわずかに低くなっています。しかし、それと同時に、それはまた、ブロンズのそれよりも高いです。導体として、真鍮はかなり広く使用されています。それは現在の銅より悪いが、同時に安いです。多くの場合、真ちゅうは接点、クリップ、ラジオ機器用のさまざまな部品を作成します。
高抵抗銅合金
このような導体材料は、主に抵抗器、可変抵抗器、測定装置および電気加熱装置の製造に使用される。多くの場合、コンスタンタンおよびマンガニン銅合金がこの目的のために使用される。第1の（86％Cu、12％Mn、2％Ni）の抵抗率は0.42-0.48μOhm/ mであり、第2の（60％Cu、40％Ni）は0.48-0.52μOhm/ mである。
熱伝導率との関係
銅の比導電率は59,500,000S / mである。既に述べたように、この指標は真であるが、温度が+20 oC. どの金属の熱伝導率と比伝導率との間には明確な関係がある。それは彼のヴィーデマンフランツ法を確立する。これは高温で金属に対して行われ、以下の式で表される。K /γ=π2 / 3（k / e）2ここで、yは導電率、kはボルツマン定数、eは素電荷である。
もちろん、銅のような金属と同様の接続があります。その熱伝導率および導電率は非常に高い。銀の後の2位では、これらの指標の両方にある。
銅線とアルミ線の接続
最近、日常生活や産業が始まりましたより高い電力の電気機器を使用した。ソビエト時代には、配線はほとんどが安価なアルミニウム製でした。残念なことに、そのパフォーマンス特性はもはや新しい要件に対応しません。今日の日常生活や産業では、アルミニウム線が銅に変わることがよくあります。耐火性に加えて後者の主な利点は、酸化プロセスの間、それらの導電性が低下しないことである。
電気ネットワークを近代化するとき、アルミニウムと銅線を接続する必要があります。これを直接行うことはできません。実際、アルミニウムと銅の導電率はそれほど差がありません。しかし、これらの金属自体でのみ。アルミニウムと銅の酸化膜は異なる性質を有する。このため、接合部の導電率が大幅に低下します。アルミニウムの酸化膜は銅よりはるかに耐性があります。したがって、これらの2種類の導体の接続は、専用のアダプタを使用して行う必要があります。これらは、例えば、酸化物の外観から金属を保護するペーストを含むクリップであり得る。このオプションのアダプタは、通常、路上でワイヤを接続するときに使用されます。建物内では、分岐クリップを使用することが多かった。その設計には、アルミニウムと銅の直接接触を排除する特別なプレートが含まれています。このような導体が内部にない場合、ワイヤを直接ねじるのではなく、中間ブリッジとしてワッシャとナットを使用することを推奨します。
物理的性質
そこで私たちは銅の導電率。このインジケータは、この金属の組成物中の不純物によって異なる場合がある。しかし、産業界における銅の需要は、他の有用な物理的性質によって決定され、その情報は以下の表から得ることができる。
パラメータ | 意味 |
格子 | 面心立方体、a =3.6074Å |
原子半径 | 1.28Å |
比熱 | +20時に385.48 J /（kg・K） oC |
熱伝導率 | +20で394.279W /（m・K） oC |
電気抵抗 | 1.68・10-8オーム・m |
線膨張係数 | 17.0・10-6 |
硬度 | 350 Mn / m2 |
引張強さ | 220 Mn / m2 |
化学的性質
これらの特性によれば、銅、導電率熱伝導率が非常に高い場合には、第8族の第1トライアッドと元素周期律表の第1族のアルカリ元素の中間位置を占める。主な化学的特性は以下のとおりです。
錯化傾向;
着色化合物および不溶性硫化物を生成する能力。
銅の最も特徴的なものは、二価の状態である。アルカリ金属との類似点はほとんどありません。その化学的活性も小さい。 COの存在下で2 または銅表面の水分が形成されるグリーンカーボネートフィルム。すべての銅塩は毒です。一価および二価の状態では、この金属は非常に安定な複合化合物を形成する。アンモニア化合物は産業界にとって最も重要です。
使用範囲
銅の高い熱伝導率と導電率さまざまな業界で広く使用されています。もちろん、ほとんどの場合、この金属は電気工学に使用されています。しかし、これが唯一の適用範囲ではありません。とりわけ、銅を使用することができる：
ジュエリーで;
建築の中で。
水と暖房システムの組み立て時。
ガスパイプラインで
様々な種類のジュエリーの製造のために主に銅と金の合金を使用した。これにより、ジュエリーの変形や磨耗に対する耐性を高めることができます。建築では、屋根やファサードに面するときに銅を使用することができます。この仕上げの主な利点は耐久性です。たとえば、この特定の金属のシートは、ドイツのヒルデスハイム市のカトリックの大聖堂で知られている建築のランドマークの屋根を覆っていました。この建物の銅の屋根は、約700年間内部空間を確実に保護します。
エンジニアリングコミュニケーション
銅配管の主な利点耐久性と信頼性もあります。さらに、この金属は水に特別な独特の性質を与え、身体に有用なものとなる。銅パイプは、ガスパイプラインや暖房システムの組み立てにも理想的です。主に耐腐食性と延性です。緊急の圧力上昇により、このようなラインは、スチールよりもはるかに大きな荷重に耐えることができます。銅パイプラインの唯一の欠点は、コストが高いことです。
