Sisältö
Voit tuntea metallikuparin parhaiten vanhemmista penneistä, jotka on valmistettu kuparista ja muista metalleista. Mutta kuparilla on monia tärkeitä tehtäviä ympäri maailmaa sen ainutlaatuisten ominaisuuksiensa vuoksi. Yksi näistä ominaisuuksista on sen johtavuus tai kyky johtaa sähköä. Kuparin korkea johtavuus tekee siitä ihanteellisen sähkökäyttöön.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Kupari on jalometalli, puna-kullanvärinen metalli, jolla on korkea sähkönjohtavuus. Itse asiassa kuparin johtavuus on niin korkea, että sitä pidetään normina, jolla muita ei-jalometalleja ja seoksia verrataan. Kuparin johtavuuteen vaikuttaa se, että muita metalleja lisätään seosten valmistukseen.
Kuparin ominaisuudet
Kupari on houkutteleva punaisen kullan värinen metalli. Se on nimetty kupariksi vanhan englannin sanan “coper” jälkeen, joka on peräisin sanasta “Cyprium aes”, joka on Kyproksesta peräisin olevan metallin latinalainen sana. Kuparin atomisymboli on “Cu” ja sen atominumero on 29. Kupari oli ensimmäinen metalli-ihminen, joka on koskaan työskennellyt. Lopulta ihmiset huomasivat, että jos he yhdistivät kuparin metallitinaan, he voisivat valmistaa uuden tyyppisen metallin, nimeltään pronssia. Tämä käynnisti pronssikaudella, jossa sivilisaatio eteni eteenpäin metallikuparin avulla. Pronssia käytettiin valuutoissa ja työkaluissa, jotka auttoivat muuttamaan yhteiskuntaa.
Kupari on usein rikin rinnalla. Tärkeitä kuparilähteitä ovat kalkopyriitti ja syntyniitti. Kupari uutetaan louhitusta kuparisulfidimalmista sulattamalla ja puhdistamalla sitten elektrolyysillä.
Kuparin hyödyllinen ominaisuus on sen taipuisuus tai kyky venyttää. Kupari voidaan vetää ja kiertää, mutta se ei hajoa. Tämä tekee siitä ihanteellisen käytettäväksi johtimena. Kupari on muovattava metalli, mikä tarkoittaa, että se voidaan helposti muotoilla ja käsitellä. Sellaisena se on hieman pehmeä. Toinen kuparin ominaisuus on sen erinomainen kyky johtaa lämpöä. Kupari ei alistu korroosiolle kuten jotkin muut metallit, eikä hapeta tai ruostu kuten rauta. Kupari on itse asiassa kestävä monille orgaanisille yhdisteille, ja ehkä sen arvokkain ominaisuus on korkea johtavuus.
Kupari on erinomainen metalli työstöä ja liitoksia varten, koska se on helppo muotoilla ja juottaa. Lisäksi kuparin erinomainen ja arvokas ominaisuus on sen kyky kierrättää. Ei ole väliä onko kuparilähde peräisin kaivoksesta vai kierrätysmateriaaleista. Sen monet hyödylliset ominaisuudet säilyvät lähteestä riippumatta.
Seokset ovat metallien seoksia, kuten kuparin ja tinan seosta pronssin valmistamiseksi, mikä on kovempaa metallia kuin kupari. Metalliseoksilla on joitain samoja ominaisuuksia kuin vanhemmillaan, mutta ne voivat myös osoittautua huomattavasti erilaisiksi käyttäytymisessä. Seosseokset voivat vaikuttaa esimerkiksi metallien sähkönjohtavuuteen. Eri metallien ja kuparin yhdistelmä antaa jokaiselle seokselle ainutlaatuisia piirteitä. Kun kuparia yhdistetään hopealla, tuloksena olevalla seoksella on monia samoja ominaisuuksia kuin puhtaalla kuparilla. Mutta jos kuparia yhdistetään fosforiin, syntyvä seos käyttäytyy aivan eri tavalla.
Eri kupariseokset tarjoavat erilaisia käyttötarkoituksia. Melko usein seoksia tehdään joko kuparin lujittamiseksi tai sen sähkönjohtavuusominaisuuksien parantamiseksi.
Kuparin johtavuus
Metallien johtavuus tarkoittaa metallien kykyä johtaa sähköä. Johtokyky voi muuttua lisäämällä muita metalleja, esimerkiksi valmistettaessa seoksia. Suurimman johtavuuden omaava metalli on jalometall hopea. Hopean kustannukset estävät sen olevan taloudellisesti kannattavaa laajamittaisissa sähkökäytöissä. Ei-jalometallien joukossa kuparin tai Cu: n johtavuus on suurin. Tämä tarkoittaa, että kupari voi kuljettaa enemmän sähkövirtaa kuin muut ei-jalometallit. Itse asiassa muiden ei-jalometallien johtavuutta verrataan kupariin, koska kuparista on tullut perimmäinen standardi.
Johtavuusstandardia kutsutaan kansainväliseksi hehkutettua kuparistandardiksi (IACS). Aineen IACS-prosenttimäärä viittaa sen sähkönjohtavuuteen, ja puhtaan kuparin IACS-prosenttimäärää pidetään 100-prosenttisena. Sitä vastoin alumiinin johtavuus on 61 prosenttia IACS. Cu-johtokykyyn vaikuttaa erilaisten metallien lisääminen seosten muodostamiseksi. Kuparilejeeringit, joissa kuparipitoisuus on yli 99,3 prosenttia, kutsutaan ”kupariksi”. Jotkut seokset sisältävät erittäin korkeita kupariprosentteja, ja niitä kutsutaan ”korkeaksi kupariseoksiksi”. Vaikka kupariprosentti vaikuttaa Cu-johtokykyyn, siihen vaikuttaa eniten. millaisia materiaaleja se yhdistetään. Kompromissi tapahtuu yleensä, kun kopiolejeeringit tehdään vahvemmiksi. Yleensä näiden seosten johtavuus on alhaisempi.
Cu-ETP: ssä (Electronic Touch Pitch) on 100-prosenttinen IACS, ja se on nimitys sellaiselle kuparille, jota käytetään johdoissa, kaapeleissa ja väyläpalkkeissa. Valukupari tai Cu-C on 98 prosenttia IACS, joten sen johtavuus on myös korkea. Kun tinaa, magnesiumia, kromia, rautaa tai zirkoniumia lisätään kupariseoksista, metallin lujuus kasvaa, mutta sen johtavuus laskee. Esimerkiksi kupari-tina tai CuSnO.15: n Cu-johtokyky on niin alhainen kuin 64 prosenttia IACS. Seosfunktiosta riippuen Cu-johtokyky voi laskea huomattavasti. On edelleen seoksia, jotka tarjoavat sekä hyvän työstettävyyden että korkean johtavuuden yhdistettynä. Esimerkkejä hänen joukostaan ovat kupari-telluuri (CuTep) ja kuparirikki (CuSP) seokset. Niiden johtavuus vaihtelee välillä 64-98 prosenttia IACS. Nämä seokset osoittautuvat melko käyttökelpoisiksi puolijohdekiinnityksissä ja vastushitsausvihjeissä. Joskus kuparipohjaiset materiaalit vaativat suurta kovuutta ja lujuutta ja kohtuullista Cu-johtavuutta; esimerkki on kuparin, nikkelin ja piin seos, jonka Cu-johtokyky on 45 - 60 prosenttia IACS. Mittarien matalajohtavuuspäässä messingit ovat kupariseoksia, jotka soveltuvat erinomaisesti valuun. Heidän prosentuaalinen osuutensa IACS: stä on noin 20. Yksi esimerkki näistä alhaisesta Cu-johtavuudesta koostuvista seoksista on kupari-sinkki. Joskus tasapainoinen seos tarjoaa alhaisen tai kohtalaisen Cu: n johtavuuden, mikä on hyödyllistä sähkötarpeisiin. Kupari-sinkki messingit kuuluvat tähän luokkaan, ja niiden johtavuus vaihtelee välillä 28-56 prosenttia IACS. Kuparin pelkkä monipuolisuus ja sen kyky muodostaa hyödyllisiä seoksia niin monien erilaisten metallien kanssa on uskomattomia.
Koska Cu-johtokyky on niin korkea, sen kyky siirtää lämpöä on myös melko korkea. Kuparilejeeringien valmistamiseksi, joilla on korkea johtavuus, on tehtävä seoksista ylikuumenemista kestäviä, kun ne kuljettavat sähkövirtaa. Tämä on ratkaisevan tärkeää energiansiirrossa, koska korkeampi lämpö vaikuttaa vastukseen.
Kuparin käyttö
Kuparia käytetään monin tavoin, sekä fysikaalisesti että biologisesti. Sitä käytetään myös maataloudessa myrkkynä. Kupariliuoksia käytetään yleisesti osana kemiallisia testejä. Ruumiissa kuparilla on tärkeä tehtävä elementissä, joka tarvitaan energian siirtoon soluissa. Jotkut äyriäiset käyttävät jopa kuparia raudan sijasta ensisijaisena hapenkuljettajana.
Kuparia käytetään tietysti kolikoiden valmistukseen; vanhemmat penniä ovat yksi esimerkki. Itse asiassa suurin osa kolikoista sisältää niissä ainakin vähän kuparia.
Kuparia käytetään enimmäkseen sähkön siirtoon ja toimitukseen kaikissa käyttämissäsi päivittäisissä asioissa. Kuparia käytetään laajasti sähköjohdotuksissa, rakentamisessa, koneissa, tietoliikenteessä, voimansiirrossa, kuljetuksissa ja muissa teollisissa tarkoituksissa. Sitä voidaan käyttää kaapeleihin, muuntajiin ja liittimien osiin. Kuparia käytetään myös tietokoneissa ja mikropiireissä.
Kestävän energian markkinoiden kasvaessa myös kuparin kysyntä kasvaa. Kupari on erittäin hyödyllinen monilla alueilla ja se voidaan myös kierrättää uudestaan ja uudestaan. Siksi se on uusiutuvien energiajärjestelmien avaintekijä. Itse asiassa aurinko-, tuuli- ja sähköajoneuvoteollisuus luottavat kupariin kytkeäkseen ne sähköverkkoon. Sähköajoneuvot vaativat paljon enemmän kuparia kuin kaasukäyttöiset ajoneuvot. Kuparin korkea johtavuus tekee siitä erittäin tehokkaan. Vaikuttaa sopivalta, että ihmisten vanhimmin käyttämä metalli tarjoaa jatkossakin etuja.