Περιεχόμενο
Μπορεί να γνωρίζετε τον μεταλλικό χαλκό καλύτερα από παλαιότερες πένες, οι οποίες είναι φτιαγμένες από χαλκό και άλλα μέταλλα. Αλλά ο χαλκός παίζει πολλούς κρίσιμους ρόλους σε όλο τον κόσμο λόγω των μοναδικών του ιδιοτήτων. Μία από αυτές τις ιδιότητες είναι η αγωγιμότητα, ή η ικανότητά της να διεξάγει ηλεκτρική ενέργεια. Η υψηλή αγωγιμότητα του χαλκού το καθιστά ιδανικό για ηλεκτρικούς σκοπούς.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Ο χαλκός είναι ένα μη-πολύτιμο, κόκκινο-χρυσό μέταλλο με υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Στην πραγματικότητα, η αγωγιμότητα του χαλκού είναι τόσο υψηλή που θεωρείται το πρότυπο με το οποίο συγκρίνονται άλλα μη πολύτιμα μέταλλα και κράματα. Η αγωγιμότητα του χαλκού επηρεάζεται από την προσθήκη άλλων μετάλλων για την παραγωγή κραμάτων.
Ιδιότητες του χαλκού
Ο χαλκός είναι ένα ελκυστικό κόκκινο-χρυσό μέταλλο. Ονομάζεται χαλκός μετά την παλιά αγγλική λέξη "coper", η οποία προέρχεται από το "Cyprium aes", που είναι η λατινική λέξη για ένα μέταλλο από την Κύπρο. Το ατομικό σύμβολο του χαλκού είναι «Cu» και ο ατομικός αριθμός του είναι 29. Ο χαλκός ήταν ο πρώτος μεταλλικός άνθρωπος που εργάστηκε ποτέ. Τελικά, οι άνθρωποι ανακάλυψαν ότι αν συνένωναν το χαλκό με το μεταλλικό κασσίτερο, μπορούσαν να φτιάξουν ένα νέο είδος μετάλλου που ονομάζεται χάλκινο. Αυτό ξεκίνησε αυτό που ονομάζουμε Εποχή του Χαλκού, στον οποίο ο πολιτισμός προχώρησε με τη βοήθεια του μεταλλικού χαλκού. Το χάλκινο χρησίμευσε στο νόμισμα και στα εργαλεία που βοήθησαν στην αλλαγή της κοινωνίας.
Ο χαλκός βρίσκεται συχνά μαζί με το θείο. Σημαντικές πηγές χαλκού περιλαμβάνουν χαλκοπυρίτη και βορνίτη. Ο χαλκός εκχυλίζεται από εξόρυξη θειούχου χαλκού με τήξη και στη συνέχεια διύλιση μέσω ηλεκτρόλυσης.
Μια χρήσιμη ιδιότητα του χαλκού είναι η ολκιμότητα του, ή η ικανότητα να είναι τεντωμένη. Ο χαλκός μπορεί να τραβηχτεί και να στρεβλωθεί, αλλά δεν θα σπάσει. Αυτό το καθιστά ιδανικό για χρήση ως σύρμα. Ο χαλκός είναι ένα ελατό μέταλλο, που σημαίνει ότι μπορεί εύκολα να διαμορφωθεί και να χειραγωγηθεί. Ως εκ τούτου, είναι κάπως μαλακό. Μια άλλη ιδιότητα του χαλκού είναι η εξαιρετική του ικανότητα να παράγει θερμότητα. Ο χαλκός δεν υποκύπτει στη διάβρωση όπως κάποια άλλα μέταλλα ούτε οξειδώνει ή σκουριάζει όπως ο σίδηρος. Ο χαλκός στην πραγματικότητα είναι ανθεκτικός σε πολλές οργανικές ενώσεις και ίσως η πολύτιμη ιδιότητά του είναι η υψηλή αγωγιμότητα του.
Ο χαλκός είναι ένα εξαιρετικό μέταλλο για μηχανική κατεργασία και σύνδεση, καθώς είναι εύκολο να διαμορφωθεί και να συγκολληθεί. Επιπλέον, μια εξαιρετική και πολύτιμη ιδιότητα του χαλκού είναι η ικανότητά του να ανακυκλώνεται. Δεν έχει σημασία αν μια πηγή χαλκού προέρχεται από ορυχείο ή από υλικά ανακύκλωσης. Οι πολλές χρήσιμες ιδιότητές του παραμένουν ανεξάρτητα από την πηγή τους.
Τα κράματα είναι μείγματα μετάλλων, όπως το μείγμα χαλκού και κασσίτερου για το χαλκό, το οποίο είναι ένα σκληρότερο μέταλλο από τον χαλκό. Τα κράματα μετάλλων διαθέτουν μερικές από τις ίδιες ιδιότητες των μητρικών μετάλλων τους, αλλά μπορούν να αποδειχθούν πολύ διαφορετικές στη συμπεριφορά τους. Τα μίγματα κράματος μπορούν να επηρεάσουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα των μετάλλων, για παράδειγμα. Ο συνδυασμός διαφόρων μετάλλων με χαλκό έχει ως αποτέλεσμα μοναδικά χαρακτηριστικά για κάθε κράμα. Όταν ο χαλκός συνδυάζεται με ασήμι, το κράμα που προκύπτει διαθέτει πολλά από τα ίδια χαρακτηριστικά με τον καθαρό χαλκό. Αλλά αν ο χαλκός συνδυάζεται με φωσφόρο, το κράμα που προκύπτει συμπεριφέρεται με έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο.
Διαφορετικά κράματα χαλκού παρέχουν διαφορετικές χρήσεις. Πολύ συχνά, τα κράματα κατασκευάζονται είτε για την ενίσχυση του χαλκού είτε για την αύξηση των ιδιοτήτων ηλεκτρικής αγωγιμότητας.
Αγωγιμότητα του χαλκού
Η αγωγιμότητα των μετάλλων αναφέρεται στην ικανότητα των μετάλλων να διεξάγουν ηλεκτρική ενέργεια. Η αγωγιμότητα μπορεί να αλλάξει με την προσθήκη άλλων μετάλλων, όπως κατά την παραγωγή κραμάτων. Το μέταλλο με τη μεγαλύτερη αγωγιμότητα είναι το ασήμι πολύτιμου μετάλλου. Το κόστος του αργύρου εμποδίζει το να είναι οικονομικά βιώσιμο για ευρείας κλίμακας ηλεκτρικές χρήσεις. Μεταξύ των μη πολύτιμων μετάλλων, η αγωγιμότητα χαλκού ή Cu είναι η υψηλότερη. Αυτό σημαίνει ότι ο χαλκός μπορεί να μεταφέρει περισσότερο ηλεκτρικό ρεύμα από άλλα μη πολύτιμα μέταλλα. Στην πραγματικότητα, η αγωγιμότητα άλλων μη πολύτιμων μετάλλων συγκρίνεται με το χαλκό επειδή ο χαλκός έχει γίνει το τελικό πρότυπο.
Το πρότυπο της αγωγιμότητας ονομάζεται Διεθνές Πρότυπο Αναδασμού Χαλκού ή IACS. Το ποσοστό του IACS μιας ουσίας αναφέρεται στην ηλεκτρική αγωγιμότητά της και το ποσοστό του καθαρού χαλκού IACS θεωρείται 100%. Αντίθετα, η αγωγιμότητα του αλουμινίου κατατάσσεται στο 61% του IACS. Η αγωγιμότητα Cu επηρεάζεται από την προσθήκη διαφόρων μετάλλων για το σχηματισμό κραμάτων. Τα κράματα χαλκού με περιεκτικότητα σε χαλκό άνω του 99,3% ονομάζονται "χαλκό". Ορισμένα κράματα περιέχουν πολύ υψηλά ποσοστά χαλκού και αυτά ονομάζονται "υψηλά κράματα χαλκού". Ενώ το ποσοστό του χαλκού επηρεάζει την αγωγιμότητα του Cu, επηρεάζεται εντυπωσιακά από αυτό είδος υλικού με το οποίο συνδυάζεται. Συναλλαγές γενικά συμβαίνουν, όταν τα κράματα χαλκού γίνονται ισχυρότερα. Γενικά, αυτά τα κράματα είναι χαμηλότερα στην αγωγιμότητα.
Το Cu-ETP (Electronic Touch Pitch) έχει 100 τοις εκατό IACS και είναι η ονομασία για το είδος χαλκού που χρησιμοποιείται σε καλώδια, καλώδια και ράβδους λεωφορείων. Ο χυτός χαλκός, ή Cu-C, είναι 98 τοις εκατό IACS, έτσι είναι επίσης υψηλή αγωγιμότητα. Όταν προστίθενται κασσίτερος, μαγνήσιο, χρώμιο, σίδηρος ή ζιρκόνιο για να παράγουν κράματα με χαλκό, η αντοχή του μετάλλου αυξάνεται, αλλά η αγωγιμότητά του πέφτει. Για παράδειγμα, ο χαλκός-κασσίτερος ή το CuSnO.15 έχει αγωγιμότητα Cu τόσο χαμηλή όσο 64% IACS. Ανάλογα με τη λειτουργία κράματος, η αγωγιμότητα Cu μπορεί να μειωθεί σημαντικά. Υπάρχουν ακόμα κράματα που παρέχουν τόσο καλή μηχανική κατεργασία όσο και υψηλή αγωγιμότητα σε συνδυασμό. Παραδείγματα του περιλαμβάνουν κράματα χαλκού-τελλουρίου (CuTep) και χαλκού-θείου (CuSP). Οι αγωγιμότητές τους κυμαίνονται από 64 έως 98 τοις εκατό IACS. Αυτά τα κράματα αποδεικνύονται πολύ χρήσιμα για τη στήριξη των ημιαγωγών και των άκρων συγκόλλησης αντίστασης. Μερικές φορές τα υλικά με βάση το χαλκό απαιτούν υψηλή σκληρότητα και αντοχή με μέτρια αγωγιμότητα Cu. ένα παράδειγμα είναι ένα μείγμα χαλκού, νικελίου και πυριτίου, το οποίο δίνει αγωγιμότητα Cu 45% έως 60% IACS. Στο άκρο χαμηλής αγωγιμότητας της κλίμακας, τα ορείχαλκα είναι κράματα χαλκού που είναι εξαιρετικά για χύτευση. Το ποσοστό τους στο IACS κυμαίνεται γύρω στο 20. Ένα παράδειγμα αυτών των χαμηλών κραμάτων αγωγιμότητας Cu είναι ο χαλκός-ψευδάργυρος. Μερικές φορές ένα ισορροπημένο κράμα παρέχει χαμηλή έως μέτρια αγωγιμότητα Cu, η οποία είναι χρήσιμη για ηλεκτρικές ανάγκες. Ο χαλκός-ψευδάργυρος μπρούντζινα εμπίπτουν στην κατηγορία αυτή και η αγωγιμότητα τους κυμαίνεται από 28 έως 56 τοις εκατό IACS. Η απλή ευελιξία του χαλκού και η ικανότητά του να σχηματίζει χρήσιμα κράματα με τόσα διαφορετικά μέταλλα είναι απίστευτη.
Καθώς η αγωγιμότητα του Cu είναι τόσο υψηλή, η ικανότητά του να μεταδίδει θερμότητα είναι επίσης αρκετά υψηλή. Η κατασκευή κράματος χαλκού με υψηλή αγωγιμότητα απαιτεί την κατασκευή κραμάτων ανθεκτικών στην υπερθέρμανση όταν μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό είναι κρίσιμο για τη μετάδοση ενέργειας, καθώς η υψηλότερη θερμότητα θα επηρεάσει την αντίσταση.
Χρήσεις χαλκού
Ο χαλκός χρησιμοποιείται με πολλούς τρόπους, τόσο από φυσική όσο και από βιολογική άποψη. Χρησιμοποιείται επίσης στη γεωργία ως δηλητήριο. Τα διαλύματα χαλκού χρησιμοποιούνται συνήθως ως μέρος των χημικών δοκιμών. Στο σώμα, ο χαλκός παίζει ρόλο ως βασικό στοιχείο που είναι απαραίτητο για τη μεταφορά ενέργειας στα κύτταρα. Ορισμένοι καρκινοειδείς χρησιμοποιούν ακόμη χαλκό αντί του σιδήρου ως κύριο μεταφορέα οξυγόνου.
Ο χαλκός χρησιμοποιείται φυσικά για την παραγωγή νομισμάτων. παλαιότερες πένες είναι ένα παράδειγμα. Στην πραγματικότητα, τα περισσότερα νομίσματα περιέχουν τουλάχιστον ένα κομμάτι χαλκού σε αυτά.
Ο χαλκός χρησιμοποιείται κυρίως για τη μετάδοση και την παράδοση ηλεκτρικού ρεύματος σε όλα τα καθημερινά πράγματα που χρησιμοποιείτε. Ο χαλκός χρησιμοποιείται εκτενώς σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις, κατασκευές, μηχανήματα, τηλεπικοινωνίες, μετάδοση ισχύος, μεταφορά και άλλες βιομηχανικές χρήσεις. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για καλώδια, μετασχηματιστές και μέρη σύνδεσης. Ο χαλκός χρησιμοποιείται επίσης σε υπολογιστές και μικροκυκλώματα.
Καθώς η αγορά της βιώσιμης ενέργειας μεγαλώνει, το ίδιο ισχύει για τη ζήτηση χαλκού. Ο χαλκός είναι εξαιρετικά χρήσιμος σε πολλές περιοχές και είναι επίσης σε θέση να ανακυκλώνεται ξανά και ξανά. Ως εκ τούτου, αποτελεί βασικό στοιχείο των συστημάτων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Στην πραγματικότητα οι βιομηχανίες ηλιακών, αιολικών και ηλεκτρικών οχημάτων βασίζονται στον χαλκό για να συνδεθούν με το δίκτυο ηλεκτροδότησης. Τα ηλεκτρικά οχήματα απαιτούν πολύ περισσότερο χαλκό από ό, Η υψηλή αγωγιμότητα του χαλκού το καθιστά πολύ αποδοτικό. Φαίνεται ότι το παλαιότερο μεταχειρισμένο μέταλλο από τους ανθρώπους θα συνεχίσει να προσφέρει οφέλη και στο μέλλον.