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Kupfer: Leitfähigkeit, Eigenschaften, Merkmale und Anwendungen

In vielen Bereichen der modernen Industrie ist sehr weit Material wie Kupfer verwendet. Die elektrische Leitfähigkeit dieses Metalls ist sehr hoch. Dies erklärt die Durchführbarkeit ihrer Anwendung vor allem in der Elektrotechnik. Kupferleiter ist mit hervorragender Leistung erhalten. Natürlich ist dieses Metall nicht nur in der Elektrotechnik, sondern auch in anderen Branchen eingesetzt. Aufgrund seiner Relevanz einschließlich ihrer Eigenschaften wie Beständigkeit gegen korrosive Zerstörung in einigen korrosiven Umgebungen, Widerspenstigkeit, Plastizität, usw.

historische Informationen

Kupfer ist ein Metall seit der Antike auf den Menschen bekannt. Es erklärt die frühe Einführung von Menschen mit diesen Materialien in erster Linie der Prävalenz in der Natur in Form von Nuggets. Viele Wissenschaftler glauben, dass es das erste Kupfermetall von der Person von Sauerstoffverbindungen gewonnen. Sobald die Steine nur im Feuer erhitzt und schnell abgekühlt, wodurch sie zu knacken. Später wird die Kupfergewinnung begann am Pfahl mit dem Zusatz von Kohle und Blasen Blasebalg zu erzeugen. Verbesserung dieses Prozesses führte schließlich zur Entstehung des Schachtofens. Noch später begann das Metall durch Oxidation Verhüttung Erzen zu erhalten.

Kupfer: Leitfähigkeitsmaterial

Im Ruhezustand, die alle irgendwelche Metalle freien Elektronen um den Kern. Wenn eine externe Quelle der Exposition ist in einer Sequenz angeordnet werden und Träger von Strom. Der Grad der Metall Fähigkeit, um durch sie zuletzt Leitfähigkeit genannt. Die Maßeinheit im internationalen SI Siemens ist als 1 cm definiert = 1 ohm -1.

Die Leitfähigkeit von Kupfer ist sehr hoch. Nach diesem Indikator übertrifft es alle heute bekannten Basismetalle. Besser als ihr Strom fließt nur das Silber. Indikator Leitfähigkeit Kupfer ist 57h104 cm -1 bei einer Temperatur von + 20 ° C. Dank diesem seiner Eigenschaft dieses Metall ist derzeit die häufigste aller Leiters in der Industrie und im Haushalt verwendet werden.

Feine Kupfer konstante elektrische Last standhalten und auch zuverlässig und langlebig. Darüber hinaus wird dieses Metall durch einen hohen Schmelzpunkt und (1083,4 ° C) charakterisiert. Dies wiederum ermöglicht das Kupfer für eine lange Zeit in einem erwärmten Zustand zu arbeiten. Da der Prävalenz Stromleiter als Aluminium kann nur mit dem Metall konkurrieren.

Die Wirkung von Verunreinigungen auf der Leitfähigkeit von Kupfer

Natürlich sind in unserer Zeit zum Schmelzen des roten Metalls viel anspruchsvollere Techniken verwendet als in den alten Zeiten. Allerdings bekommt auch heute sehr reines Cu fast unmöglich ist. Das Kupfer ist immer vorhanden, alle Arten von Verunreinigung. Es kann zum Beispiel Silizium, Eisen oder Beryllium sein. Inzwischen hat die weiteren Verunreinigungen in dem Kupfer, das weniger seiner elektrische Komponente. Für die Herstellung von Drähten, zum Beispiel ist es geeignet, nur genügend reines Metall. Nach Angaben zu diesem Zweck kann mit der Menge an Kupfer-Verunreinigungen von höchstens 0,1% eingesetzt werden.

Sehr oft in diesem Metall enthält sie einen gewissen Anteil an Schwefel, Arsen und Antimon. Die erste Substanz reduziert deutlich die Duktilität des Materials. Die Leitfähigkeit von Kupfer und Schwefel, ist sehr unterschiedlich. diese Mischung führte nicht Strom. Das ist ein guter Isolator. Allerdings wirkt sich die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer Schwefel nicht fast jede Art und Weise. Das gleiche gilt für die Wärmeleitfähigkeit. Mit Antimon und Arsen ist das Gegenteil wahr. Diese Elemente sind in der Lage, die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer stark zu reduzieren.

Legierungen

Alle Arten von Additiven können insbesondere verwendet werden, um die Stärke eines solchen Kunststoffmaterial wie beispielsweise Kupfer verbessert. Seine elektrische Leitfähigkeit, sie auch reduzieren. Aber ihre Verwendung kann erheblich die Lebensdauer aller Arten von Produkten erweitern.

In den meisten Fällen als festigkeitssteigernde Zusatzstoff verwendet Kupfer Cd (0,9%). Das Ergebnis ist ein Cadmium Bronze. Seine Leitfähigkeit beträgt 90% der Leitfähigkeit von Kupfer. Manchmal anstelle von Cadmium als Zusatzstoffe werden als Aluminium verwendet. Die Leitfähigkeit dieses Metalls beträgt 65% der gleichen Figur Kupfer. Zu erhöhen werden die Stärke der Drähte in Form von Additiven können verwendet werden, und andere Materialien und Substanzen – Zinn, Phosphor, Chrom, Beryllium. Das Ergebnis ist eine Bronze einer bestimmten Marke. Eine Verbindung von Kupfer mit Zink genannt Messing.

Eigenschaften Legierungen

Abhängig Metall elektrische Leitfähigkeit kann nicht nur von der Anzahl der Verunreinigungen in ihnen, aber auch auf anderen Indikatoren. Beispielsweise mit fließenden Heiztemperatur Fähigkeit Kupferstrom erhöht durch sie abnimmt. Sie beeinflusst die Leitfähigkeit eines Drahtes auch sein Herstellungsverfahren. In der Heimat und in der Industrie als weichgeglühten Kupferdrähte und hart gezogen werden. In der ersten Variante der Fähigkeit, durch mich über den aktuellen zu übergeben.

Jedoch ist die signifikanteste Wirkung, natürlich verwendete Additive und ihre Menge der elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer. Die nachstehende Tabelle zeigt den Leser mit detaillierten Informationen über die Fähigkeit des aktuellen häufigstene Legierungen des Metalls zu bestehen.

Die elektrische Leitfähigkeit von Kupferlegierungen

Legierung

Die Bedingung (D – geglüht, hartgezogene-T)

Leitfähigkeit (%)

reines Kupfer

oh

101

T

98

Zinn-Bronze (0,75%)

oh

55-60

T

50-55

Cadmium Bronze (0,9%)

oh

95

T

83-90

Aluminiumbronze (2,5% A1, 2% Sn)

oh

15-18

T

15-18

Phosphorbronze (7% Sn, 0,1% Ρ)

oh

10-15

T

10-15

Die elektrische Leitfähigkeit von Messing und Kupfer vergleichbar. Allerdings ist die erste Metallfigur, natürlich, ein wenig niedriger. Aber er und höher ist als die der Bronze. Als ein Messingdraht ist ziemlich weit verbreitet. Aktuelle es geht weniger aus Kupfer, aber gleichzeitig und kostet weniger. Meistens aus Messing Kontakte zu knüpfen, Klemmen und verschiedene Teile für Radios.

Kupferlegierungen mit hohem Widerstand

Diese Leitermaterialien sind vor allem bei der Herstellung von Widerständen, Rheostate, elektrische Instrumente und Geräte verwendet. Am häufigsten für diesen Zweck Kupferlegierungen Konstantan und Manganin verwendet. Der spezifische Widerstand des ersten (86% Cu, 12% Mn, 2% Ni) ist 0,42 bis 0,48 Mikroohm / m, und das zweite (60% Cu, 40% Ni) – 0,48 bis 0,52 Mikroohm / m.

Die Kommunikation mit dem Wärmeleitkoeffizienten

Die Leitfähigkeit von Kupfer – 59.500.000 / m. Diese Figur ist , wie bereits erwähnt, ist richtig, aber nur bei einer Temperatur zwischen +20 ° C Wärmeleitfähigkeit von jedem Metall, und es gibt eine Leitfähigkeits Bindung. Baut sein Gesetz Wiedemann – Franz. Es wird bei hohen Temperaturen zu Metallen durchgeführt und wird in der folgenden Formel ausgedrückt wird : K / γ = 2/3 π (k / e) 2 T, wobei Y – die Leitfähigkeit, k – Boltzmannsche Konstante, E – Elementarladung.

Natürlich ist eine solche Verbindung besteht und ein Metall wie Kupfer. Leitfähigkeit thermische und elektrische hat ein sehr hoch. An zweiter Stelle nach ist es auf diese beiden Indikatoren Silber.

Die Verbindung aus Kupfer und Aluminiumdrähten

In der letzten Jahren im Haushalt und in der Industrie begann zunehmend hohe elektrische Leistung verwendet werden. Während der Sowjetzeit wurde die Verkabelung meist aus billigem Aluminium. Die neuen Anforderungen seiner Leistung leider nicht mehr erfüllen. Heute also in der Heimat und in der Industrie wird oft Aluminiumdraht Kupfer verändert. Der Hauptvorteil der letzteren, zusätzlich zu refractoriness ist, dass bei dem oxidativen Prozess ihrer leitenden Eigenschaften nicht reduziert werden.

Oft ist die Modernisierung von Strom, Aluminium- und Kupferdrähte angeschlossen werden. Dadurch wird nicht direkt. Tatsächlich unterscheiden sich die Leitfähigkeit von Aluminium und Kupfer nicht zu viel. Aber nur innerhalb dieser Metalle. Oxidieren des Films aus Aluminium und Kupfer haben unterschiedliche Eigenschaften. Aus diesem Grunde wird die Leitfähigkeit an der Verbindung deutlich verringert. Oxidative Film aus Aluminium unterscheidet sich wesentlich höheren Widerstand als Kupfer. Daher muss die Kombination dieser beiden Arten von Leitern ausschließlich über einen speziellen Adapter durchgeführt werden. Es kann zum Beispiel Clip, Paste Metalle enthalten Schutz von Oxid auftritt. Diese Ausführungsform wird in der Regel mit den Adaptern verwendet Verbindungsdrähte auf den Straßen. In Räumen häufig Kreuzung Quetschen. Ihre Konstruktion enthält eine spezielle Platte, die zwischen dem Aluminium und Kupfer direkten Kontakt eliminiert. In Abwesenheit solchen Leiters in der häuslichen Umgebung, anstelle von Drähten Verdrillung empfohlen, um direkt die Unterlegscheibe und Mutter auf eine Zwischen „Brücke“ zu verwenden.

physikalische Eigenschaften

So fanden wir, was die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer aus. Diese Zahl kann je nach dem Make-up der Metallverunreinigungen variiert. Allerdings ist die Nachfrage nach Kupfer in der Industrie bestimmt und seine andere vorteilhaften physikalischen Eigenschaften, um Informationen zu erhalten, auf das es möglich, aus der unten stehenden Tabelle ist.

Die physikalischen Eigenschaften sind Cu

Parameter

Wert

Grill

Ein kubisch-flächenzentrierten, a = 3,6074 Å

Atomradius

1,28 Å

spezifische Wärme

385,48 J / (kg · K) bei 20 ° C

Wärmeleitfähigkeit

394,279 Watt / (m · K) bei 20 ° C

elektrischer Widerstand

1,68 · 10-8 Ohm · m

Der Längenausdehnungskoeffizient

17,0 · 10 -6

Festigkeit

350 MN / m 2

Zugfestigkeit

220 MN / m 2

chemische Eigenschaften

Gemäß einer solchen Eigenschaften von Kupfer, die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit, die sehr hoch ist und die zwischen den Elementen der ersten Triade der Gruppe VIII, und der ersten alkalischen Gruppe des Periodensystems. Durch seine grundlegenden chemischen Eigenschaften umfassen:

  • Tendenz zur Bildung von Komplexen;

  • Fähigkeit, farbige Verbindungen und unlösliche Sulfide zu erzeugen.

Charakteristischsten für Kupfer ist zweiwertigen Zustand. Ähnlichkeiten mit Alkalimetallen hat es praktisch keine. Seine Reaktivität ist ebenfalls gering. In Gegenwart von CO 2 oder dem Wasserfilm auf grün Karbonat Kupferoberfläche gebildet. Alle Kupfersalze sind giftige Substanzen. Die Mono- und zweiwertige Zustand das Metall eine sehr stabilen Formen Komplexverbindungen. Der höchste Wert für die Industrie ist Ammoniak.

Nutzungsumfang

Die hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit von Kupfer bestimmt seine breite Anwendung in verschiedenen Industriezweigen. Natürlich ist das meiste Metall in der Elektrotechnik. Dies ist jedoch nicht der einzige Bereich ihrer Anwendung. Darüber hinaus kann Kupfer verwendet werden:

  • in Schmuck;

  • in der Architektur;

  • beim Bau von Wasser- und Heizungsanlagen;

  • in Gasleitungen.

verschiedene Arten von Schmuck zu produzieren hauptsächlich Kupferlegierung mit Gold verwendet. Dies erhöht den Widerstand gegen Verformung von Ornamenten und Abrieb. Die Architektur kann für Kupferkaschierung von Dächern und Fassaden eingesetzt werden. Der Hauptvorteil einer solchen Oberfläche ist dauerhaft. Zum Beispiel Blätter dieses besonderen Metalls verkleideten Dach ist eine bekannte architektonischen Sehenswürdigkeiten – die katholische Kathedrale in der deutschen Stadt Hildesheim. Kupferdach des Gebäudes schützt seinen Innenraum knapp 700 Jahren.

Ingenieurdienstleistungen

Die wichtigsten Vorteile der Kupferwasserrohre sind auch die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit. Darüber hinaus ist das Metall der Lage, spezielle einzigartige Eigenschaften von Wasser zu befestigen, ist es nützlich für den Organismus zu machen. Rohrleitungen zu montieren und Erwärmen des Kupferrohres auch ideal geeignet – vor allem wegen seiner Korrosionsbeständigkeit und Duktilität. Wenn Notfall Druck erhöht solche Linien der Lage, viel größere Last als Stahl zu widerstehen. Der einzige Nachteil der Kupferrohre sind ihre hohen Kosten.