Ο χαλκός μεταφέρει ηλεκτρισμό; 7 γεγονότα (γιατί, πώς και χρήσεις)

Η πλειονότητα των προϊόντων με βάση τον χαλκό χρησιμοποιούνται σε εξαρτήματα ηλεκτρικού συστήματος, συμπεριλαμβανομένων των καλωδίων και των κινητήρων. Σε αυτό το κομμάτι, ας μιλήσουμε για το αν ο χαλκός μπορεί να μεταφέρει ηλεκτρισμό ή όχι.

Ένα θέμα με εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι ο χαλκός. Το θέμα πρέπει να αντιμετωπίσει την αντίσταση προκειμένου να ρέει σημαντική ποσότητα ηλεκτρικού ρεύματος από μια πηγή ενέργειας. Καθώς ο χαλκός έχει περιορισμένο εύρος αντίστασης, περισσότερη ηλεκτρική αγωγιμότητα μεταφράζεται σε μειωμένο εύρος ειδικής αντίστασης.

Καθώς ο χαλκός έχει εξαιρετική ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα και την ικανότητα να μορφοποιείται σε καλώδια, χρησιμοποιείται σε μια ευρεία ποικιλία ηλεκτρικών συσκευών. Ας συνεχίσουμε να μιλάμε για την ικανότητα του χαλκού να μεταφέρει ηλεκτρισμό σε αυτό το άρθρο.

Γιατί ο χαλκός άγει ηλεκτρισμό;

Το σύμβολο του χαλκού είναι ο Cu. Ας δούμε γιατί ο χαλκός άγει ηλεκτρισμό.

Ο χαλκός άγει ηλεκτρισμό αφού είναι ένα μέταλλο που έχει ελεύθερα ηλεκτρόνια που ταξιδεύουν ελεύθερα στο εσωτερικό του καθώς και στην επιφάνεια του μετάλλου. Ο χαλκός έχει την ιδιότητα της υψηλής αγωγιμότητας του ηλεκτρισμού.

Ιδιότητες του χαλκού

Το στοιχείο χαλκός δεν είναι πράγματι μαγνητικό. Ας εμβαθύνουμε απλώς σε περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τις ιδιότητες του χαλκού.

  • Ο χαλκός έχει ατομική μάζα 63.546 u και ατομικό αριθμό 29.
  • Ο φρεσκοεκτεθειμένος χαλκός είναι ένα ροζ πορτοκαλί χρώμα.
  • Εκτός από το ότι είναι όλκιμος, ελατός και έχει ισχυρή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα, ο χαλκός είναι ένα μέταλλο.
  • Ο χαλκός λάμπει πράσινος λόγω μιας αντίδρασης οξείδωσης.
  • Ο χαλκός έχει διαμόρφωση ηλεκτρονίων [Ar] 3d104s1.
  • Ο χαλκός έχει πυκνότητα 8.96 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό όταν είναι στερεός.
  • Ο χαλκός έχει σημείο τήξης 1357.77 Kelvin και σημείο βρασμού 2835 Kelvin, αντίστοιχα.
  • Ο χαλκός μετατρέπεται σε μπλε χρώμα μετά από εύφλεκτο τεστ.
  • Η ομοιοπολική ακτίνα του χαλκού είναι 117.

Η αγωγιμότητα του χαλκού ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία;

Η κινητική ενέργεια των ιόντων σε έναν αγωγό εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Ας δούμε αν η θερμοκρασία επηρεάζει την αγωγιμότητα του χαλκού.

Η θερμοκρασία του χαλκού έχει ευθέως ανάλογη σχέση με την αγωγιμότητά του, αυξάνεται με την άνοδο της παγκόσμιας θερμοκρασίας και πέφτει με την πτώση της θερμοκρασίας. Η θερμοκρασία έχει πραγματικά μια συνέπεια στην αγωγιμότητα του μετάλλου χαλκού.

150 px Λιωμένος χαλκός σε έντονο ηλιακό φως
Εικόνα – Λιωμένος χαλκός;
Image Credit - Wikipedia

Στην εικόνα, ο χαλκός ακριβώς πάνω από το σημείο τήξης του διατηρεί το ροζ λάμψη του όταν αρκετό φως ξεπερνά το πορτοκαλί χρώμα πυράκτωσης.

Γιατί ο χαλκός είναι καλός αγωγός της θερμότητας;

Τα μέταλλα δεν αντιδρούν χημικά με τη θερμότητα αλλά μάλλον φυσικά. Ας δούμε αναλυτικά τι κάνει τον χαλκό καλό αγωγό της θερμότητας.

Ο χαλκός θεωρείται εξαιρετικός αγωγός θερμότητας επειδή ο χαλκός είναι ένα χημικό στοιχείο με περισσότερα ελεύθερα ηλεκτρόνια από αυτά τα άλλα συστατικά. Το ηλεκτρικό ρεύμα θα ρέει από τη μια περιοχή ενός ατόμου στην άλλη και μεταφέρεται από οποιοδήποτε από αυτά τα ασύζευκτα ηλεκτρόνια.

Ποια είναι η αντίσταση ενός χάλκινου σύρματος;

Το ωμ, το οποίο ορίζεται ως βολτ ανά μέτρο, είναι η μονάδα SI για την αντίσταση. Ας συζητήσουμε απλώς την αντίσταση του χάλκινου σύρματος.

Η αντίσταση ενός σύρματος από χαλκό μπορεί να εκφραστεί ως R = ρ L/A. Σε αυτήν την έκφραση, το ρ εκφράζεται ως το αντίσταση χαλκού και η αξία του ανέρχεται στο 1.68 10-8 Ω Μ. Στην έκφραση, το L σημαίνει το μήκος του σύρματος. Το A για την περιοχή της διατομής του και το R είναι αντίσταση.

Καθώς η πυκνότητα της ηλεκτρικής ροής πέφτει με την αυξανόμενη επιφάνεια διατομής, η αντίσταση ενός χάλκινου σύρματος συνδέεται αντιστρόφως με την περιοχή της διατομής του. Η μειωμένη θερμοκρασία του καλωδίου θα έχει ως αποτέλεσμα μειωμένη αντίσταση, καθώς η θερμοκρασία του σύρματος σχετίζεται άμεσα με τη θερμοκρασία του σύρματος.

Χρήσεις του χαλκού ως ηλεκτρικού αγωγού

Ο χαλκός μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ηλεκτρονικό εξοπλισμό και συσκευές επειδή είναι καλός αγωγός της θερμότητας και του ηλεκτρισμού. Ας μιλήσουμε για διάφορες εφαρμογές του χαλκού ως ηλεκτρικού αγωγού.

Πώς να υπολογίσετε την ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού;

Η μονάδα SI για την ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι η Siemens ανά μέτρο. Ας αναλύσουμε απλώς τον τρόπο μέτρησης της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του χαλκού.

  • Χρησιμοποιώντας τον τύπο σ = 1/ ρ, προσδιορίζεται η ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού (σ). ρ η ειδική αντίσταση αναπαρίσταται εδώ.
  • Ο τύπος για τον υπολογισμό της ειδικής αντίστασης του υλικού είναι ρ = (RA)/L.
  • Αυτός ο τύπος μας επιτρέπει να γράψουμε την έκφραση ηλεκτρικής αγωγιμότητας ως, ρ = L/(RA).

Ενώ το R είναι η αντίσταση του αντικειμένου, το Α είναι επίσης η επιφάνειά του και το L είναι το άνοιγμα ενός αγωγού εντός του οποίου οι επαγόμενες ηλεκτρικές γραμμές είναι παράλληλες σε όλο το μήκος του. Σχετίζει άμεσα το μήκος του σύρματος και την ειδική αντίσταση του χαλκού.

Δήλωση προβλήματος με λύση 1

Εάν η ειδική αντίσταση του χαλκού στους 25 βαθμούς Κελσίου είναι 1.75 10-8 ohm μέτρα, υπολογίστε την καθαρή ποσότητα αντίστασης συνεχούς ρεύματος ενός ρολού 100 μέτρων από σύρματα χαλκού 2.7 τετραγωνικών χιλιοστών.

Τα δεδομένα που δίνονται είναι,

Η ειδική αντίσταση (ρ) του χαλκού στους 25 βαθμούς Κελσίου είναι 1.75 10-8 ωμ μέτρα.

Μήκος του πηνίου (L) = 100 μέτρα.

Επιφάνεια διατομής του αγωγού (Α) = 2.7 τετραγωνικά χιλιοστά = 2.7 × 10-6 τετραγωνικό μέτρο.

Η έκφραση για την ειδική αντίσταση του χαλκού μπορούμε να γράψουμε,

R = ρ L/A

R = (1.75 × 10-8 ) × 100/2.7 × 10-6

R = 648 ohm μέτρα.

Άρα, η καθαρή ποσότητα αντίστασης συνεχούς ρεύματος είναι 648 ωμ μέτρα.

Δήλωση προβλήματος με λύση 2

Προσδιορίστε την αγωγιμότητα του καλωδίου κοβαλτίου. Η περιοχή διατομής ενός καλωδίου μήκους περίπου 25 μέτρων είναι περίπου 1.2 τετραγωνικά χιλιοστά. Η αντίσταση του χάλκινου καλωδίου είναι 6 ohms.

Τα δεδομένα που δίνονται είναι,

Άμεση αντίσταση (R) = 5 ohms

Μήκος καλωδίου (L) = 25 μέτρα

Επιφάνεια διατομής του αγωγού (Α) = 1.2 τετραγωνικά χιλιοστά = 1.2 × 10-6 τετραγωνικό μέτρο

Από την έκφραση της ειδικής αντίστασης του χαλκού μπορούμε να γράψουμε,

R = ρ L/A

Τώρα τακτοποιώντας τον τύπο που παίρνουμε,

ρ = L/RA

Βάζοντας τις αξίες,

ρ = 25/5 × 1.2× 10-6

ρ = 4 mega – Siemens ανά μέτρο μήκος.

Άρα, η αγωγιμότητα του καλωδίου κοβαλτίου είναι 4 mega – Siemens ανά μέτρο μήκος.

Συμπέρασμα

Αυτό το άρθρο έχει αποδείξει την ανώτερη ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού. Η ικανότητα ενός υλικού να μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα μετριέται από την ηλεκτρική του αγωγιμότητα, γνωστή και ως ειδική αγωγιμότητα. Η υψηλή αγωγιμότητα αναφέρεται στην ικανότητα ενός υλικού να μεταφέρει εύκολα ηλεκτρισμό, η αγωγιμότητα του χαλκού ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία.

Διαβάστε περισσότερα για Πόσο ισχυρός είναι ο χαλκός (είναι εύπλαστος ή εύθραυστος ή όλκιμος;)

Διαβάστε επίσης: