Проводит алюминий тепло или нет: Шаг пятый. Медь vs алюминий

Применение алюминия – Энергетика

Алюминий многогранен: он не только является универсальным

конструктивным материалом, но и отлично проводит электрический ток.

Сегодня именно алюминий, наряду с медью, обеспечивает передачу

электроэнергии на Земле.

Томас Эдисон

Американский изобретатель и предприниматель

Одним из важнейших открытий в истории человечества является электричество. Оно приводит в движение все на нашей планете, позволяет за доли секунды связывать континенты. Без него был бы невозможен современный научно-технический прогресс. Да и производить алюминий мы не могли бы без электричества. Любопытно, что сегодня именно этот металл отвечает за передачу электрической энергии на тысячи километров.

Среди недрагоценных металлов алюминий по электропроводности уступает только меди, и то лишь на треть, при этом алюминий обладает неоспоримым преимуществом – он легче. Чтобы пропускать ток такой же силы, что и медный, алюминиевый провод должен быть по сечению в полтора раза больше медного, но все равно будет иметь вдвое меньший вес. Для высоковольтных линий электропередач, которые осуществляют доставку электроэнергии на большие расстояния, весовые характеристики являются одним из важнейших параметров. Поэтому во всех магистральных воздушных линиях электропередач используются только алюминиевые провода.

Алюминий

Золото

Серебро

Впервые алюминиевые провода появились в конце XIX века в США. В 1880 году в Чикаго начальник железнодорожной станции заметил, что наружная медная проводка быстро разрушается, потому что медь разъедается паровозным дымом. Неизвестно, что именно подвигло его попробовать в качестве замены алюминий, но медный провод длиной несколько сот метров был заменен на алюминиевый, который оказался долговечнее, несмотря на то, что с каждым годом количество поездов на станции увеличивалось.

Сравнительно небольшой вес алюминиевых проводов позволяет снизить нагрузку на опоры электросетей и увеличить расстояние пролетов между ними, благодаря чему уменьшаются расходы и время на строительство. При прохождении через них тока алюминиевые провода нагреваются, и их поверхность покрывается прочной пленкой оксида. Она-то и служит им отличным изолятором, защищая от внешних воздействий. 

13%

всего производимого в мире алюминия используется в энергетике

Для изготовления алюминиевой проводки используются сплавы серий 1ххх, 6ххх, 8ххх – последние позволяют создавать продукцию со сроком службы более 40 лет.

Заготовкой для алюминиевого кабеля служит алюминиевая катанка – сплошной алюминиевый прут диаметром от 9 до 15 мм. Она легко гнется и сворачивается без появления трещин. Ее практически невозможно порвать или сломать, она легко выдерживает значительные статические нагрузки.

Катанку производят методом непрерывного литья и прокатки. Полученную литую заготовку пропускают через несколько прокатных клетей, уменьшая сечение до нужного диаметра, и формируют гибкий шнур, который затем охлаждается и сворачивается в большие круглые рулоны – «бухты». Далее, уже на кабельных заводах, катанка перерабатывается в проволоку на специальном волочильном оборудовании, волочится до диаметров от 4 мм до 0,23 мм.

Существует несколько типов проводов для высоковольтных линий электропередач.

Воздушные линии электропередач построены по принципу цепной линии. Ее же использует паук в своей паутине. В перевернутом виде она используется при строительстве арок.

Чаще всего используется алюминиевый провод со стальным сердечником (ACSR, aluminium conductor steel reinforced). Он имеет в сердечнике несколько перекрученных стальных нитей, которые «обернуты» слоями алюминиевой проволоки. Сталь используется для увеличения прочности кабеля и позволяет ему сохранять первоначальную форму при нагреве и других нагрузках. Алюминиевая часть отвечает за передачу тока.

Полностью алюминиевый провод из нелегированного алюминия (AAAC, all aluminium alloy conductor) или из алюминиевого сплава легче армированного и в отличие от него абсолютно не подвержен коррозии.

Наконец, провод с композитным сердечником (ACCC, aluminium conductor composite core) позволяет сократить эффект термопровисания провода, характерный для типа ACSR, стальной сердечник которого расширяется при нагреве. Коэффициент расширения углеродного сердечника в 10 раз ниже стального. Кроме того, он существенно легче и прочнее – это позволяет использовать в таком проводе на 28% больше алюминия без увеличения диаметра и общего веса. Дополнительный алюминий сокращает потери энергии в линии на 25-40%.

Медь и алюминий в энергетике

Процесс замены существующих медных проводов в мире происходит с разной степенью интенсивности, но при строительстве новых линий электропередач компании стремятся использовать именно алюминиевые провода, особенно в сегменте высоковольтных линий. Например, национальный электрический кодекс США предписывает при строительстве новых зданий использовать именно алюминиевую проводку. А с введением с 1 сентября 2015 года новых стандартов в отношении использования низковольтных алюминиевых проводов в Китае использование алюминия в энергетике этой страны неминуемо возрастет.

Динамика цен на алюминий и медь (долларов США за тонну)

Использование алюминиевых кабелей имеет и значительный экономический эффект. Во-первых, алюминий существенно дешевле меди, а во-вторых, большая электропроводимость алюминия позволяет передавать больше электричества с использованием той же инфраструктуры. Энергопотребление в мире постоянно растет, сети не справляются с имеющейся нагрузкой, увеличивается количество перегрузок и аварий, а строительство новых ЛЭП – гораздо затратнее, чем замена кабеля.

Производители работают над усовершенствованием алюминиевых сплавов для

электротехнических нужд. Один из примеров – алюминиево-циркониевые провода, позволяющие удвоить пропускную способность линий электропередач без замены или строительства новых мачтовых опор. Особенно это ценится в местах густой застройки или на труднопроходимых ландшафтах. Алюминий успешно заменяет медную проводку в автомобилях, что позволяет снизить общий вес автомобиля в среднем на 12 кг.

Алюминий и алюминиевые сплавы также широко применяются в производстве электронных и микроэлектронных компонентов, в частности при производстве конденсаторов. Из него также делаются антенны, в том числе телевизионные. Этот металл применяется при строительстве радиолокаторов. А в некоторых странах из алюминия изготавливают и сами мачты-опоры для линий электропередач. Широко применяется алюминий и при производстве трансформаторов, а также роторных низковольтных двигателей.

В статье использованы фотоматериалы © Shutterstock и © Rusal.

Читайте также

Применение алюминия в других сферах

Транспорт

Строительство

Потребительские товары

Упаковка

Проводит ли алюминиевая фольга электричество: 11 важных фактов

Алюминиевая фольга состоит из алюминия, менее плотного металла с серой блестящей поверхностью. Давайте обсудим, проводит ли он электричество.

алюминиевая фольга проводит электричество. Причина, по которой металл проводит электричество, заключается в его свободных электронах. Поскольку алюминий является металлом, на его поверхности имеется много свободных электронов, которые помогают передавать электричество.

На самой внешней орбите алюминия присутствуют три свободных электрона, которые помогают проводить электричество.

Является ли алюминий хорошим проводником электричества?

Поскольку алюминий является металлом, он по своей природе является проводником. Давайте посмотрим, хороший он проводник или нет.

Алюминий является хорошим проводником электричества, так как имеет три делокализованных электрона на валентной оболочке, которые случайным образом перемещаются от одного атома к другому. и проводимость металла измеряется с точки зрения движения в нем этих делокализованных электронов.

Алюминий не так хорошо проводит электричество, как серебро или медь. Несмотря на это, он предпочтительнее этих двух металлов из-за его низкой плотности и экономичности.

Алюминиевая фольга — изолятор или проводник?

Алюминиевая фольга является универсальным вариантом, так как в ней сохраняются как изолирующие, так и проводящие свойства. Давайте посмотрим на этот вопрос.

Алюминиевая фольга является хорошим проводником как электричества, так и тепла, но она также может действовать как изолятор. Он широко используется в качестве обертки для пищевых продуктов из-за его отражающей способности. Всякий раз, когда он оборачивается вокруг продуктов питания, он обычно отражает тепло обратно к продуктам питания.

Кроме того, между слоями алюминиевой фольги образуются слои молекул воздуха. Поскольку мы знаем, что воздух действует как изолятор, следовательно, он также препятствует излучению тепла. Таким образом, и алюминиевая фольга, и воздушные слои сохраняют продукты теплыми.

Как алюминиевая фольга проводит электричество?

К настоящему времени известно, что алюминиевая фольга проводит электричество. Остановимся на том, как происходит этот процесс.

Алюминиевая фольга проводит электричество за счет движения свободных электронов.. Al имеет 3 слабо связанных валентных электрона, которые случайным образом перескакивают с одного атома на другой. Когда на фольгу подается напряжение, эти электроны движутся в фиксированном направлении от отрицательной к положительной стороне источника питания. и электричество проходит.

Почему алюминиевая фольга проводит электричество?

Алюминиевая фольга проводит электричество. Сконцентрируемся на причине, стоящей за этим.

Алюминиевая фольга состоит из Al, металла. Когда с помощью батареи прикладывается ЭДС, три слабо связанных электрона самой внешней орбиты Al начинают двигаться в определенном направлении от отрицательной стороны к положительной стороне батареи. Этот поток электронов помогает проводить электрический ток.

Алюминиевая фольга из википедия

Какова электропроводность алюминия?

Электропроводность металла обозначает его способность проводить электрический ток. Расскажите об электропроводности алюминия.

Электропроводность алюминия 36.9 х 10⁶ Сименс на метр. Из-за низкой плотности его электропроводность немного меньше, чем у других металлов.

Структура и соединение алюминия

Алюминий имеет правильную твердую структуру и металлические свойства. Давайте обсудим тип структуры и связь, которой он обладает.

Структура алюминия представляет собой кристаллическую структуру. Более конкретно можно сказать, что алюминий имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) структуру. Имеет ненаправленную металлическую связь.

Гранецентрированная кубическая структура из википедия

Свойства алюминиевой фольги

Алюминиевая фольга обладает некоторыми свойствами, которые делают ее достойным вариантом для проведения электричества. Они есть:

Физические свойства

• Плотность алюминия 2.7 грамм/см³
• Температура плавления алюминия 660 ℃
• Удельное электрическое сопротивление алюминиевой фольги 26.5 нОм·м.
• Теплопроводность алюминиевой фольги 235 Вт/мК.
• Ширина алюминиевой фольги должна быть менее 200 мкм.
• Температура кипения алюминиевой фольги составляет 2467 ℃.

Химические свойства

• Al является очень электроположительным металлом.
• Он может образовывать амфотерные оксиды, что означает, что он имеет как кислотную, так и основную природу.
• Он имеет три степени окисления +3, +2 и +1. В случае оксида алюминия Al₂O₃ степень окисления алюминия равна +3.
• Алюминий всегда имеет тонкий слой оксида алюминия, который защищает его от повреждений. Реакция образования оксида алюминия:

4 Al(т) + 3 O₂(л) ➡2Al₂O₃(т)

Использование алюминиевой фольги в качестве проводника

Помимо использования в качестве обертки пищевых продуктов, алюминиевая фольга также используется в качестве проводника. Давайте посмотрим на эти виды использования.

• Алюминиевая фольга используется для изготовления электропроводки в домостроении.
• Применяется при изготовлении линий электропередач местных электрических сетей.
• В ряде случаев силовая проводка летательных аппаратов также выполняется из алюминиевой фольги.

Можно ли использовать алюминиевую фольгу в качестве проволоки и как?

Провода обычно состоят из проводников, по которым электрический ток может передаваться на большие расстояния. Уточним, можем ли мы использовать для этой цели алюминиевую фольгу.

В качестве проволоки можно использовать алюминиевую фольгу, загнутую по спирали. Фольгированная проволока должна быть подключена к двум сторонам лампы накаливания, одна фольга с нитью вокруг лампочки, а другая с ручкой. Затем эти два будут подключены к положительной стороне и отрицательной стороне батареи. В результате лампочка будет светиться.

Он предпочтительнее из-за его экономичности.

Является ли алюминиевая фольга хорошим проводником тепла и почему?

Материалы, способные быстро передавать тепло, являются хорошими проводниками тепла. Давайте сосредоточимся на алюминиевой фольге в этом отношении.

Алюминиевая фольга является хорошим проводником тепла, потому что она имеет очень высокую теплопроводность 235 Вт/км, и то, может ли металл проводить тепло или нет, полностью определяется его теплопроводностью..

Теплопроводность алюминия мало меняется при изменении температуры.

Заключение

В этой статье мы обсудили, проводит ли алюминиевая фольга электричество или нет, является ли она хорошим проводником электричества или нет, является ли она изолятором или проводником, как алюминиевая фольга проводит электричество — эти вопросы кратко. Помимо этих вопросов структура и склеивание алюминия, его свойства и использование алюминиевой фольги также обсуждаются в этой статье.

Насколько жарко для алюминия?

Алюминий — удивительный металл с выдающимися механическими свойствами, которые делают его идеальным выбором для различных применений. Одним из качеств, которое отличает его от других материалов, является его теплопроводность. Из всех широко используемых металлов медь и алюминий обладают наибольшей теплопроводностью, что делает алюминий отличным вариантом для задач, связанных с регулированием или перемещением тепла.

В то время как некоторые аспекты алюминия, как правило, привлекают все внимание, такие как его высокое соотношение прочности к весу, превосходная коррозионная стойкость и исключительная формуемость, теплопроводность часто упускается из виду. Обладая способностью проводить гораздо больше тепла, чем нержавеющая сталь и другие металлы, алюминий стал отличным вариантом для производителей во многих отраслях, включая электронику, производство пластмасс и аэрокосмическую промышленность.

Один из вопросов, который нам часто задают, заключается в том, насколько горячим может быть алюминий, прежде чем он станет проблемой. Люди хотят знать, сколько тепла можно приложить к алюминиевым деталям и машинам, прежде чем материал выйдет из строя. Все эти вопросы сводятся к двум основным принципам: теплопроводность и температура плавления; это то, что мы сегодня обсудим.

Как мы измеряем теплопроводность?

Говоря о теплопроводности материала, мы имеем в виду его способность проводить тепло. С научной точки зрения, это определяется как число, основанное на так называемом законе Фурье, который гласит, что скорость теплопередачи через материал пропорциональна отрицательному градиенту температуры и площади под прямым углом к ​​этому градиенту. , по которому течет тепло. Это сложный способ сказать, что теплопроводность говорит нам, насколько быстро тепло передается через материал. Как правило, чем выше число, тем быстрее теплообмен.

Также важно отметить, что даже для чистого алюминия фактическое число зависит от количества тепла; расчет проводимости может быть еще более сложным для различных сплавов. Вы никогда не должны предполагать, что номер лаборатории для теплопроводности верен, так как вам нужно будет протестировать ваше приложение в различных сценариях, чтобы быть уверенным, как оно справляется с различными температурами.

Давайте рассмотрим несколько реальных примеров. Пенополистирол, который часто используется в качестве изоляционного материала, имеет очень плохую теплопроводность. Чашка из пенопласта хороша для хранения горячего кофе, потому что она не позволяет теплу жидкости передаваться руке, держащей чашку. С другой стороны, такой металл, как алюминий, обладает отличной теплопроводностью. Это означает, что если бы у вас была алюминиевая чашка, наполненная очень горячим кофе, сама чашка была бы горячей на ощупь и ее было бы трудно удержать.

Радиатор относится к пассивному теплообменнику, в котором тепло, выделяемое электронным или механическим устройством, передается либо воздуху, либо жидкому хладагенту, тем самым предотвращая перегрев устройства. Обычно радиаторы используются в процессорах и графических процессорах, которые имеют тенденцию нагреваться и могут быть повреждены избыточным теплом. Алюминий обычно используется в таких устройствах благодаря его теплопроводности и легкому весу.

Другим промышленным применением, в котором выгода от высокой теплопроводности алюминия является обработка пластмасс. Когда расплавленный пластик затвердевает в готовую деталь в процессе литья под давлением или выдувного формования, время отверждения в форме зависит от теплопроводности его материала. Использование алюминия вместо стали сокращает время цикла изготовления детали, повышая производительность и сокращая ценное время на пресс/машину.

Какова температура плавления алюминия?

Конечно, такая теплопроводность хороша лишь до определенной степени. Если металл нагреть слишком сильно, он начнет деформироваться, поэтому очень важно знать температуру плавления вашего материала и то, сколько тепла он должен выдержать, прежде чем использовать его в приложении. Существуют и другие ситуации, когда важно знать температуру плавления алюминия, например, при сварке или термообработке алюминиевого сплава.

Какова температура плавления алюминия? Если вы посмотрите в учебнике, ответ будет 1221 ° F (660,3 ° C), но производители почти никогда не работают с чистым алюминием. У каждого сплава своя температура плавления, а некоторые созданы специально для работы в условиях высоких температур. Существуют высокопрочные алюминиевые сплавы с Zn, Mg, Cu и Sc в качестве легирующих элементов, температура плавления которых достигает 1275°F.

С другой стороны, необходимо понимать, что температура плавления — не единственный фактор, который необходимо учитывать при попытке понять, как металл будет работать при высоких температурах. Например, если вы сварите алюминиевую заготовку, используя алюминиевый сплав 5356 в качестве сварочного стержня, то готовая деталь будет очень восприимчива к коррозионному растрескиванию под напряжением уже при 150 градусах. То же самое относится к алюминиевым сплавам 5183 и 5556. Хотя точка плавления может никогда не быть достигнута, вы должны знать, что другие проблемы могут возникнуть, когда некоторые сплавы подвергаются воздействию даже умеренно высоких температур.

Еще одной серьезной проблемой, связанной с применением алюминия при высоких температурах, является точка, в которой будут затронуты механические свойства металла. Высоколегированные марки, которые были упрочнены процессами термообработки, теряют эти более высокие механические свойства при воздействии повышенных температур. Воздействие чрезмерного тепла приведет к отпуску и ослаблению термообработанного металла.

Если у вас есть приложение, которое будет подвергаться сильному нагреву, важно тщательно протестировать его на этапе прототипирования, особенно если важным фактором является долговечность. Выбор правильного сплава, который будет правильно работать в ваших конкретных условиях, крайне важен для обеспечения вашей прибыли. Вот почему работа с опытным поставщиком материалов может помочь вам сэкономить время и деньги.

Ваш поставщик технических ресурсов

Отличить множество различных алюминиевых сплавов, доступных сегодня на рынке, непросто. В Clinton Aluminium мы гордимся тем, что тесно сотрудничаем с нашими клиентами, чтобы подобрать правильный материал для каждого применения. Наша цель — быть не просто поставщиком, а полноправным партнером по техническим ресурсам. Мы стремимся помочь каждому из наших клиентов извлечь максимальную пользу из своих решений о покупке.

Это стало возможным благодаря тому, что средний стаж наших сотрудников составляет почти 13 лет. По этой и другим причинам Клинтон стал ведущим поставщиком изделий из алюминия и нержавеющей стали на Среднем Западе. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о том, какой алюминиевый сплав подходит именно вам; мы поможем вам ответить на вопрос, сколько тепла — это слишком много тепла.

Металлы с лучшей теплопроводностью

Теплопроводность — это термин, который описывает, насколько быстро материал поглощает тепло из областей с высокой температурой и перемещает его в области с более низкой температурой. Лучшие теплопроводные металлы обладают высокой теплопроводностью и используются во многих областях, таких как кухонная посуда, теплообменники и радиаторы. С другой стороны, металлы с более низкой скоростью теплопередачи также полезны, поскольку они могут выступать в качестве теплозащитного экрана в приложениях, выделяющих большое количество тепла, например, в двигателях самолетов.

Варианты теплопроводных металлов

Следующие металлы ранжируются от самой низкой до самой высокой средней теплопроводности в ваттах/метр-K при комнатной температуре, обычно используются либо в качестве блока источника тепла, либо для передачи тепла, в зависимости от их класса. Наименее проводящие металлы занимают первое место, вплоть до самых проводящих материалов.

1. Нержавеющая сталь (16)
2. Свинец (35)
3. Углеродистая сталь (51)
4. Кованое железо (59)
5. Железо (73)
6. Алюминий Бронза (76)
7. Медная латунь (111)
8. Алюминий (237)
9. Медь (401)
10. Серебро (429)

Нержавеющая сталь

Обладая одной из самых низких теплопроводностей среди металлических сплавов, нержавеющей стали требуется гораздо больше времени для отвода тепла от источника, чем меди. Это означает, что кастрюля из нержавеющей стали будет нагревать пищу гораздо дольше, чем кастрюля с медным дном (хотя у нержавеющей стали есть и другие преимущества). В паровых и газовых турбинах на электростанциях используется нержавеющая сталь из-за ее термостойкости, среди прочих свойств. В архитектуре облицовка из нержавеющей стали может выдерживать более высокие температуры, сохраняя здания более прохладными на солнце.

Алюминий

Хотя алюминий имеет немного более низкую теплопроводность, чем медь, он легче по весу, дешевле и с ним проще работать, что делает его лучшим выбором для многих применений. Например, микроэлектроника, такая как светодиоды и лазерные диоды, использует крошечные радиаторы с алюминиевыми ребрами, которые выступают в воздух. Внутри алюминия тепло, выделяемое электроникой, передается от чипа через алюминий в воздух либо пассивно, либо с помощью принудительной конвекции воздушного потока или термоэлектрического охладителя.

Медь

Медь обладает очень высокой теплопроводностью, она намного дешевле и доступнее, чем серебро, которое лучше всего проводит тепло. Медь устойчива к коррозии и устойчива к биообрастанию, что делает ее хорошим материалом для солнечных водонагревателей, газовых водонагревателей, промышленных теплообменников, холодильников, кондиционеров и тепловых насосов.

Другие факторы, влияющие на теплопроводность

При рассмотрении лучших металлов для теплопроводности вы также должны учитывать другие факторы, помимо теплопроводности, которая влияет на скорость теплового потока. Например, начальная температура металла может существенно повлиять на скорость его теплопередачи. При комнатной температуре железо имеет теплопроводность 73, но при 1832°F его проводимость падает до 35. Другие факторы включают разницу температур металла, толщину и площадь поверхности металла.

Применение для проводящих металлов

Теплопроводящие металлы являются важным ресурсом для проектирования структуры приложения. Электроника и специально разработанные механические компоненты полагаются на проводящие металлы для создания полностью работоспособной конструкции, которая либо притягивает, либо отклоняет тепловую активность. Применение проводящих металлов включает:

• Электроника
• Медицинские приборы
• Лабораторное оборудование
• Строительное снаряжение
• Электропроводка

Ваш местный поставщик металла, обслуживающий Южную Калифорнию, Аризону и Северную Мексику

Имея семь офисов, обслуживающих Калифорнию, Аризону, Неваду и Северную Мексику, IMS является поставщиком металла с полным спектром услуг, который понимает ваши потребности. Наш ассортимент металлических изделий включает в себя широкий спектр металлических форм и широкий выбор сплавов. Мы предлагаем следующие преимущества:

• Звоните в тот же день
• Доставка по городу на следующий день
• Отличная цена со скидкой при больших объемах
• Изготовление металла по индивидуальному заказу
• Сертификат ISO 9001
• Поддержка производственных процессов «точно в срок»
• Нет минимальных покупок

 
Industrial Metal Supply — крупнейший на Юго-Западе поставщик всех видов металлообрабатывающих и металлообрабатывающих принадлежностей.