Sie schützt das Grundmaterial vor Korrosion und wirkt elektrisch isolierend. Bei Metallen wird die elektrische Leitfähigkeit weitgehend durch die Verfügbarkeit freier Elektronen bestimmt, die sich durch das Material bewegen können. Diese Elektronenbewegung ermöglicht es Aluminium, elektrischen Strom effektiv zu leiten.
Rohaluminium
Reines Aluminium weist im Vergleich zu anderen Metallen wie Kupfer und Silber eine mäßige elektrische Leitfähigkeit auf.
Früher wurden diese Anforderungen mit dem Verfahren „Chromatieren“ erfüllt. Genauer gesagt hat Kupfer einen spezifischen Widerstand von ungefähr 1.68 x 10^-8 Ohmmeter, während Aluminium einen spezifischen Widerstand von ungefähr 2.82 x 10^-8 Ohmmeter hat. Fuquan Chen ist ein professioneller Ingenieur und technischer Experte mit 20 Jahren Erfahrung im Rapid Prototyping sowie in der Herstellung von Metallteilen und Kunststoffteilen.
Elektrische Leitfähigkeit von Aluminium - Vollständiger Leitfaden
Zusammenfassung
Aluminium bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Gewicht, Kosten und elektrischer Leitfähigkeit.
In Gebäuden werden Aluminiumsammelschienen verwendet, um Strom an verschiedene Stromkreise und Stockwerke zu verteilen und so den elektrischen Bedarf des Gebäudes zu decken.
Vergleich der elektrischen Leitfähigkeit von Aluminium mit anderen Metallen
Hier ist eine Vergleichstabelle der elektrischen Leitfähigkeit von Aluminium und einigen anderen häufig verwendeten Metallen:
Metall
Elektrische Leitfähigkeit (MS/m)
Aluminium
37.7
Kupfer
58.0
Silber
63.0
Gold
45.0
Messing
15.9 - 28.0
Eisen (rein)
10.0
Stahl (kohlenstoffarm)
6.99
Zink (rein)
16.6
Nickel (rein)
14.0
Hinweis: Die elektrische Leitfähigkeit wird normalerweise in den Einheiten Millionen Siemens pro Meter (MS/m) oder Megasiemens pro Meter (MS/m) gemessen.
Diese Tabelle zeigt, dass Aluminium eine gute Leitfähigkeit hat, die jedoch niedriger ist als die von Kupfer und Silber, die für ihre hervorragende Leitfähigkeit bekannt sind.
Darüber hinaus erhöht die Korrosionsbeständigkeit von Aluminium seine Haltbarkeit und macht es zu einer langlebigen Wahl für die elektrische Infrastruktur.
Wie Leitet Aluminium Strom?
Die außergewöhnliche Leitfähigkeit von Aluminium ergibt sich aus seiner atomaren Zusammensetzung und der Art und Weise, wie sich seine Atome verbinden.
Phononenkollisionen treten auf, wenn vibrierende Atome in einem Material mechanische Energie erzeugen, die die Bewegung der Elektronen stört. Der spezifische Leitfähigkeitswert hängt von der Dicke und Dichte des Oxidfilms ab, ist jedoch normalerweise viel niedriger als die 37.7 MS/m von reinem Aluminium (bei 20 ° C).
Elektrische Leitfähigkeit der eloxierten Variante:
Typ II Anodisierung: Bei dieser Art der Anodisierung entsteht im Vergleich zur Anodisierung vom Typ III eine dünnere Oxidschicht (normalerweise 1 bis 25 Mikrometer dick).
Wenn Aluminiumatome zusammenkommen und einen Feststoff bilden, erzeugen diese frei beweglichen Elektronen etwas, das oft als „Elektronenmeer“ bezeichnet wird. Sein geringes Gewicht ist ein erheblicher Vorteil, insbesondere in Branchen, in denen Gewichtsreduzierung entscheidend ist, wie etwa in der Luft- und Raumfahrt. Eine effiziente Leitfähigkeit sorgt für weniger Energieverlust, verbesserte Leistung und sichereren Betrieb.
Katalog: Materialleitfaden
Fuquan Chen
Dieser Artikel wurde von Ingenieuren des BOYI TECHNOLOGY-Teams verfasst.
Diese Kollisionen erhöhen den Widerstand des Materials gegen elektrischen Strom.
Obwohl Aluminium eine höhere Konzentration an freien Elektronen als Kupfer aufweist, sind diese Elektronen anfälliger für Phononenkollisionen. Darüber hinaus ermöglicht die Duktilität von Kupfer die einfache Verarbeitung zu Drähten und Kabeln, was seine Praktikabilität in verschiedenen Anwendungen erhöht.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Rohaluminium zwar eine mäßige elektrische Leitfähigkeit besitzt, die für viele Anwendungen geeignet ist, die Eloxierung jedoch seine Oberflächeneigenschaften, einschließlich der Leitfähigkeit, verändert.
Dieses Verfahren ist jedoch nicht RoHS-konform. Bei Aluminium können sich die drei Elektronen in der äußeren Schale relativ frei bewegen, was die Stromleitung erleichtert.
Aluminium kommt jedoch in der Natur nicht in reiner Form vor und muss im industriellen Maßstab aus seinem Erz Bauxit hergestellt werden.
Wie beeinflusst die Temperatur die Leitfähigkeit von Aluminium? Mit zunehmender Temperatur streuen die Atomschwingungen die Elektronen stärker, was die Leitfähigkeit verringert. An Hochspannungsmasten stoßen Ingenieure und Arbeiter häufig auf Aluminiumleiter, da diese gegenüber anderen Materialien bemerkenswerte Vorteile aufweisen.
In den letzten Jahren hat Aluminium auch in Wohngebäuden, Flugzeugen, Gebäuden und Haushaltsgeräten an Beliebtheit gewonnen.
In der folgenden Tabelle sind die elektrischen Leitfähigkeiten anderer Aluminiumlegierungen aufgeführt:
Typ/Legierung
Elektrische Leitfähigkeit (MS/m, 20°C)
Bemerkungen
Aluminium-Kupfer-Legierungen (Serie 2XXX)
30.0 bis 40.0
Die elektrische Leitfähigkeit variiert je nach Kupfergehalt, geeignet für einige spezielle elektrische Anwendungen
Aluminium-Mangan-Legierungen (Serie 3XXX)
30.0 bis 35.0
Gute Verarbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, mäßige elektrische Leitfähigkeit
Aluminium-Silizium-Legierungen (Serie 4XXX)
25.0 bis 30.0
Vorwiegend für Gussarbeiten verwendet, geringere elektrische Leitfähigkeit
Wird in Automobil- und Bauanwendungen verwendet, höhere elektrische Leitfähigkeit
Aluminium-Zink-Legierungen (Serie 7XXX)
20.0 bis 25.0
Vorwiegend in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, geringere elektrische Leitfähigkeit
Andere Aluminiumlegierungen (8XXX-Serie)
25.0 bis 35.0
Spezifische Anwendungen, elektrische Leitfähigkeit variiert je nach Legierungszusammensetzung
Eloxiertes Aluminium
Eloxieren ist ein elektrochemischer Prozess, der die Oberflächeneigenschaften von Aluminium verbessert.
Anodisierung kann Oxidschichten mit unterschiedlichen Dicken und Eigenschaften erzeugen, wodurch die elektrische Leitfähigkeit des Endprodukts beeinflusst wird. Ob es sich um die individuelle Anpassung kleiner Chargen oder um die Produktion im großen Maßstab handelt, wir sind bestrebt, unseren Kunden schnelle Reaktionszeiten und zufriedenstellende Dienstleistungen zu bieten.
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FAQ
Woraus bestehen Aluminium-Elektrokabel?
Aluminium-Elektrokabel bestehen hauptsächlich aus Aluminiumlegierungen, darunter reines Aluminium in Elektroleiterqualität, Legierung 6201 und Aluminium 1350.
Allerdings beeinflusst das Eloxieren die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium.
Beim Anodisieren bildet sich auf der Aluminiumoberfläche zunächst eine poröse Oxidschicht, die nicht leitfähig ist. Aluminiumatome bestehen aus einem Kern aus Protonen und Neutronen, der von Elektronen in bestimmten Orbitalen umgeben ist. In Metallen wie Aluminium sind die Ladungsträger die freien Elektronen im „Elektronenmeer“.
Wenn eine Spannung an ein Stück Aluminium angelegt wird, entsteht ein elektrisches Feld, das diese freien Elektronen zum Pluspol driften lässt.
Diese Überlegenheit ist in erster Linie auf den geringeren Widerstand von Kupfer gegenüber elektrischem Strom zurückzuführen.
Elektrischen Widerstand und Leitfähigkeit verstehen
Der elektrische Widerstand gibt an, wie stark sich ein Material dem Stromfluss widersetzt. Während alle Materialien einen gewissen Widerstand aufweisen, weisen Metalle normalerweise einen sehr geringen Widerstand auf, was sie zu guten Stromleitern macht.
Der Widerstand hängt von zwei Faktoren ab: den Abmessungen des Leiters und einer materialspezifischen Eigenschaft, die als spezifischer Widerstand bezeichnet wird.
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Im Allgemeinen bietet unbehandeltes Aluminium eine bessere Leitfähigkeit als Aluminium mit Beschichtungen oder Oberflächenbehandlungen wie Eloxieren, bei denen eine Oxidschicht entsteht, die den elektrischen Widerstand erhöht. Sie kann weiterhin eingesetzt werden, um die Korrosionsbeständigkeit von Eloxalschichten weiter zu erhöhen.
Bei externen Anwendungen, die Korrosionsbeständigkeit und Umweltschutz erfordern, wird Eloxieren oder Pulverbeschichten bevorzugt, um die Haltbarkeit und das Aussehen von Aluminium zu verbessern.
Wie misst man die Leitfähigkeit von Aluminium?
Um die Leitfähigkeit von Aluminium zu messen, wird zunächst ein bekannter Strom durch eine Aluminiumprobe geleitet.
Wenn Sie Designer oder Ingenieur sind, ist Aluminium zweifellos ein hochwertiges Grundmaterial, das bei der Entwicklung von Produkten mit Bezug auf Leitfähigkeit eine Überlegung wert ist. Das bedeutet, dass der Strom, der Ihr Haus erreicht, wahrscheinlich durch Aluminiumleiter fließt. Dieser geringere spezifische Widerstand von Kupfer bedeutet, dass es dem Fluss des elektrischen Stroms weniger Widerstand entgegensetzt, wodurch sich Elektronen freier und effizienter durch das Material bewegen können.
Elektronenverhalten und Phononenkollisionen
Auf mikroskopischer Ebene ist die überlegene Leitfähigkeit von Kupfer auch auf das Verhalten seiner freien Elektronen zurückzuführen.
Haben Aluminiumoberflächen Auswirkungen auf die elektrische Leitfähigkeit?
Ja, Aluminiumoberflächen können tatsächlich die elektrische Leitfähigkeit beeinflussen. Seine Leitfähigkeit wird durch Reinheit, Legierung, Temperatur und mechanische Bearbeitung beeinflusst.
Hochreines Aluminium und ausgewählte Legierungen können für elektrische Anwendungen optimiert werden, während die Kenntnis der Einschränkungen im Vergleich zu Kupfer für die Konstruktion unerlässlich ist.
Die richtige Messung und Wärmebehandlung kann die Leitfähigkeit für kritische technische Anwendungen weiter verbessern.
FAQs
Q1.
Aluminium hat 13 Protonen und 13 Elektronen, weshalb es im Periodensystem als Element 13 bezeichnet wird. AAC wird häufig in der städtischen Verteilung verwendet, während AAAC für seine Korrosionsbeständigkeit bekannt ist. Das Produkt „Surtec 650 chromit AL“ erfüllt unter anderem die Luftfahrtnorm LN9368(-3) und DIN50935-2.
