فهم التوصيلية الكهربائية للألومنيوم

الألومنيوم موجود في كل مكان، ولكن هل تساءلت يوماً ما مدى جودة توصيله للكهرباء ولماذا يختاره المهندسون بدلاً من النحاس؟

يتميز الألومنيوم بتوصيل كهربائي ممتاز، مما يجعله بديلاً شائعًا للنحاس في العديد من التطبيقات الصناعية حيث يكون الوزن والتكلفة مهمين.

في حين أن النحاس لا يزال ملكًا للعديد من المهام الكهربائية، فإن الألومنيوم يوفر مزايا جدية. يستكشف هذا المنشور موصلية الألومنيوم، ويقارنها بمواد أخرى، ويشرح القيم الأساسية مثل قيمة k والدرجة الكهربائية.

ما هي الموصلية الكهربية للألومنيوم؟

يُستخدم الألومنيوم على نطاق واسع، ولكن غالباً ما يفاجئ توصيله الأشخاص الذين يفترضون أن النحاس أفضل دائماً.

تبلغ الموصلية الكهربية للألومنيوم حوالي 3.5 × 10 ⁷ S/m¹ (سيمنز لكل متر)، أي حوالي 611 تيرابايت لكل متر من النحاس.

وتعكس قيمة التوصيل البالغة 3.5 × 10 × 10⁷ S/م الألومنيوم النقي في درجة حرارة الغرفة. وهذا المستوى من التوصيلية كافٍ للعديد من الاستخدامات الصناعية، بما في ذلك خطوط نقل الطاقة، حيث يوفر انخفاض كثافة الألومنيوم وتكلفته فوائد واضحة.

ما العوامل التي تؤثر على توصيلية الألومنيوم؟

1. النقاء: يتميز الألومنيوم عالي النقاء بتوصيلية أفضل. وتميل السبائك إلى تقليل التوصيلية بسبب العناصر الإضافية.
2. درجة الحرارة: مثل معظم المعادن، تنخفض موصلية الألومنيوم مع ارتفاع درجة الحرارة.
3. الأكسدة: يشكل الألومنيوم بشكل طبيعي طبقة أكسيد غير موصلة للكهرباء. وفي حين أن هذه الطبقة رقيقة، إلا أنها يمكن أن تؤثر على التلامس الكهربائي على مستوى السطح.

إليك جدول مقارنة بسيط:

على الرغم من كونه أقل توصيلًا من النحاس، إلا أن الألومنيوم أخف وزنًا بكثير. وهذا يجعله مناسبًا بشكل جيد في تطبيقات مثل خطوط الطاقة لمسافات طويلة، والطائرات، وأغطية الماكينات ذات الحجم الكبير حيث يكون الوزن مهمًا.

هل الألومنيوم موصل جيد للكهرباء؟

يتردد بعض المشترين بشأن الألومنيوم لأنهم سمعوا أنه "أسوأ من النحاس". ولكن هل هذه هي الصورة الكاملة؟

نعم، الألومنيوم موصل جيد للكهرباء² ويستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الكهربائية مثل كابلات الطاقة وقضبان التوصيل.

يرجع التصور بأن الألومنيوم موصل "رديء" في الغالب إلى مقارنته بالنحاس. ولكن من الناحية العملية، فإن الألومنيوم جيد بما فيه الكفاية لمعظم الاستخدامات. على سبيل المثال، في خطوط الطاقة العلوية²، غالبًا ما يكون الألومنيوم هو الخيار الأول. لماذا؟ لأنه يزن حوالي ثلث وزن النحاس وهو أرخص بكثير.

أين يتفوق أداء الألومنيوم على النحاس؟

• التكلفة: الألومنيوم أرخص من النحاس بحوالي 60%.
• الوزن: النحاس أثقل 3.3 مرات من الألومنيوم.
• مقاومة التآكل: يقاوم الألومنيوم التآكل بشكل طبيعي بسبب طبقة الأكسيد الموجودة به.

بالطبع، هناك تحديات أيضًا. يمكن أن تتفكك وصلات الألومنيوم بمرور الوقت بسبب التمدد الحراري. وهذا هو سبب أهمية التجهيزات المناسبة وممارسات التركيب المناسبة.

باختصار، الألومنيوم ليس فقط موصلًا جيدًا - بل هو خيار استراتيجي للمواد في العديد من القطاعات. وغالباً ما يصمم المهندسون به على وجه التحديد بسبب جمعه بين الموصلية والوزن والتكلفة.

ما قيمة k للألومنيوم؟

قد تسمع مهندسين أو أوراق بيانات تتحدث عن "قيمة k" - ولكن ماذا يعني ذلك في الواقع؟

عادةً ما تشير قيمة k للألومنيوم إلى الموصلية الحرارية التي تبلغ حوالي 237 واط/م-ك التي تعد من أعلى القيم بين المعادن.

على الرغم من أن هذه المقالة تركز على التوصيل الكهربائي, التوصيل الحراري³ في كثير من الأحيان في المناقشة لأن الحرارة والكهرباء في المعادن تتحرك عبر الإلكترونات الحرة نفسها. الألومنيوم قيمة k عالية⁴ يعني أنها لا تحمل التيار بشكل جيد فحسب، بل تبدد الحرارة بسرعة أيضًا.

لماذا تعتبر الموصلية الحرارية مهمة في المكونات الكهربائية؟

• تبديد الحرارة: تسخن المكونات عالية الطاقة. ويساعد الألومنيوم على تبريدها بسرعة.
• الثبات الحراري: يقلل انتشار الحرارة المنتظم من الإجهاد الحراري.
• كفاءة التصميم: باستخدام الألومنيوم، يمكن للمصنعين تقليل الوزن دون التضحية بالأداء.

على سبيل المثال، الألومنيوم هو المادة المفضلة للمشتتات الحرارية لمصابيح LED، ومصادر الطاقة، وأغطية العاكسات. عندما أعمل مع العملاء في بناء أنظمة الطاقة الشمسية أو الماكينات، غالبًا ما تتضاعف مقاطع الألومنيوم كعناصر هيكلية وحرارية - بفضل القيمة العالية للكيلو ك.

ما هي الدرجة الكهربائية للألومنيوم؟

قد ترى مصطلحات مثل "ألومنيوم بدرجة EC" أو "سبيكة من الدرجة الكهربائية" - ماذا تعني هذه المصطلحات حقاً؟

عادةً ما يكون الألومنيوم من الدرجة الكهربائية 1350 (المعروف أيضًا باسم درجة EC)، والذي يحتوي على 99.5% على الأقل من الألومنيوم ويوفر توصيلًا كهربائيًا عاليًا.

يتم اختيار درجات الألومنيوم المخصصة للأغراض الكهربائية خصيصًا لزيادة التوصيل إلى أقصى حد ممكن مع استمرار كونها عملية للتصنيع.

الدرجات الكهربائية الشائعة:

في مصنعي، عندما نتلقى طلبات الحصول على قضبان التوصيل أو التشكيلات الموصلة المخصصة، نوصي عادةً بـ 1350 أو 6101، اعتمادًا على ما إذا كانت القوة الميكانيكية أو التوصيل الأقصى أكثر أهمية.

كما أن العديد من العملاء يفضلون أنودة أو طلاء هذه الملامح. نحن ندعم المعالجات السطحية المتعددة مع الحفاظ على الأداء التوصيلي من خلال التصنيع الدقيق وتحسين التصميم.

الخاتمة

يوفر الألومنيوم أداءً كهربائيًا قويًا، خاصةً عندما تأخذ في الاعتبار الوزن والتكلفة وتعدد الاستخدامات. إنه أكثر من مجرد "جيد بما فيه الكفاية" - إنه غالباً ما يكون الخيار الأذكى.