Vous connaissez peut-être le mieux le cuivre métallique des vieux centimes, qui sont faits de cuivre et d'autres métaux. Mais le cuivre joue de nombreux rôles cruciaux dans le monde en raison de ses propriétés uniques. L'une de ces propriétés est sa conductivité, ou sa capacité à conduire l'électricité. La conductivité élevée du cuivre le rend idéal à des fins électriques.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Le cuivre est un métal non précieux de couleur or rouge avec une conductivité électrique élevée. En fait, la conductivité du cuivre est si élevée qu'il est considéré comme la norme par laquelle les autres métaux et alliages non précieux sont comparés. La conductivité du cuivre est affectée par l'ajout d'autres métaux pour fabriquer des alliages.
Propriétés du cuivre
Le cuivre est un métal de couleur rouge-or attrayant. Il est nommé cuivre d'après le vieux mot anglais « coper », qui provient de « Cyprium aes », qui est le mot latin désignant un métal de Chypre. Le symbole atomique du cuivre est « Cu » et son numéro atomique est 29. Le cuivre a été le premier métal que les humains aient jamais travaillé. Finalement, les gens ont découvert que s'ils combinaient le cuivre avec l'étain métallique, ils pouvaient fabriquer un nouveau type de métal appelé bronze. Cela a lancé ce que nous appelons l'âge du bronze, au cours duquel la civilisation a fait un bond en avant à l'aide du cuivre métallique. Le bronze a été utilisé dans la monnaie et les outils qui ont aidé à changer la société.
Le cuivre côtoie souvent le soufre. Les sources importantes de cuivre comprennent la chalcopyrite et la bornite. Le cuivre est extrait du minerai de sulfure de cuivre extrait par fusion puis affinage par électrolyse.
Une propriété utile du cuivre est sa ductilité ou sa capacité à s'étirer. Le cuivre peut être tiré et tordu, mais il ne se cassera pas. Cela le rend idéal pour une utilisation comme fil. Le cuivre est un métal malléable, ce qui signifie qu'il peut être facilement façonné et manipulé. En tant que tel, il est un peu mou. Une autre propriété du cuivre est son excellente capacité à conduire la chaleur. Le cuivre ne succombe pas à la corrosion comme certains autres métaux, il ne s'oxyde pas et ne rouille pas comme le fer. Le cuivre est en fait résistant à de nombreux composés organiques, et sa propriété la plus précieuse est peut-être sa conductivité élevée.
Le cuivre est un excellent métal pour l'usinage et l'assemblage, car il est facile à façonner et à souder. De plus, une propriété excellente et précieuse du cuivre est sa capacité à être recyclé. Peu importe qu'une source de cuivre provienne d'une mine ou de matériaux de recyclage. Ses nombreuses propriétés utiles restent quelle que soit sa source.
Les alliages sont des mélanges de métaux, tels que le mélange de cuivre et d'étain pour faire du bronze, qui est un métal plus dur que le cuivre. Les alliages métalliques possèdent certaines des mêmes propriétés que leurs métaux parents, mais leur comportement peut également s'avérer très différent. Les mélanges d'alliages peuvent affecter la conductivité électrique des métaux, par exemple. La combinaison de divers métaux avec du cuivre donne des caractéristiques uniques à chaque alliage. Lorsque le cuivre est combiné avec de l'argent, l'alliage résultant possède bon nombre des mêmes caractéristiques que le cuivre pur. Mais si le cuivre est combiné au phosphore, l'alliage résultant se comporte d'une manière tout à fait différente.
Différents alliages de cuivre offrent différentes utilisations. Assez souvent, les alliages sont fabriqués soit pour renforcer le cuivre, soit pour augmenter ses qualités de conductivité électrique.
Conductivité du cuivre
La conductivité des métaux fait référence à la capacité des métaux à conduire l'électricité. La conductivité peut changer avec l'ajout d'autres métaux, comme lors de la fabrication d'alliages. Le métal ayant la plus grande conductivité est le métal précieux argent. Le coût de l'argent l'empêche d'être économiquement viable pour des utilisations électriques à grande échelle. Parmi les métaux non précieux, la conductivité du cuivre ou du Cu est la plus élevée. Cela signifie que le cuivre peut transporter plus de courant électrique que les autres métaux non précieux. En fait, la conductivité d'autres métaux non précieux est comparée au cuivre car le cuivre est devenu la norme ultime.
L'étalon de conductivité s'appelle l'étalon international de cuivre recuit, ou IACS. Le pourcentage d'IACS d'une substance fait référence à sa conductivité électrique, et le pourcentage d'IACS du cuivre pur est considéré comme 100 pour cent. En revanche, la conductivité de l'aluminium se classe à 61 % IACS. La conductivité du Cu est affectée par l'ajout de divers métaux pour former des alliages. Les alliages de cuivre avec une teneur en cuivre supérieure à 99,3 pour cent sont appelés « cuivres ». Certains alliages contiennent des pourcentages très élevés de cuivre, et ceux-ci sont appelé « Alliages à haute teneur en cuivre ». Alors que le pourcentage de cuivre affecte la conductivité du Cu, il est affecté de manière plus frappante par le type de matériaux dont il s'agit. combiné avec. Un compromis se produit généralement lorsque les alliages cuivrés sont fabriqués pour être plus résistants. Généralement, ces alliages ont une conductivité plus faible.
Cu-ETP (Electronic Touch Pitch) a 100 pour cent IACS et est la désignation du type de cuivre utilisé dans les fils, les câbles et les barres omnibus. Le cuivre coulé, ou Cu-C, est composé à 98 % d'IACS, il a donc également une conductivité élevée. Lorsque l'étain, le magnésium, le chrome, le fer ou le zirconium sont ajoutés pour faire des alliages avec du cuivre, la résistance du métal augmente, mais sa conductivité diminue. Par exemple, le cuivre-étain ou CuSnO.15 a une conductivité Cu aussi faible que 64 % IACS. Selon la fonction de l'alliage, la conductivité du Cu peut chuter considérablement. Il existe encore des alliages qui offrent à la fois une bonne usinabilité et une conductivité élevée combinées. Parmi ses exemples, citons les alliages cuivre-tellure (CuTep) et cuivre-soufre (CuSP). Leurs conductivités vont de 64 à 98 pour cent IACS. Ces alliages s'avèrent très utiles pour les montages de semi-conducteurs et les pointes de soudage par résistance. Parfois, les matériaux à base de cuivre nécessitent une dureté et une résistance élevées avec une conductivité Cu modérée; un exemple est un mélange de cuivre, de nickel et de silicium, qui donne une conductivité Cu de 45 à 60 pour cent IACS. Du côté de la faible conductivité, les laitons sont des alliages de cuivre excellents pour la coulée. Leur pourcentage de SIGC oscille autour de 20. Un exemple de ces alliages à faible conductivité Cu est le cuivre-zinc. Parfois, un alliage équilibré fournit une conductivité Cu faible à modérée, ce qui est utile pour les besoins électriques. Les laitons cuivre-zinc entrent dans cette catégorie et leur conductivité varie de 28 à 56 pour cent IACS. La polyvalence du cuivre et sa capacité à former des alliages utiles avec autant de métaux différents sont incroyables.
Comme la conductivité du Cu est si élevée, sa capacité à transmettre la chaleur est également assez élevée. La fabrication d'alliages de cuivre à haute conductivité nécessite de fabriquer des alliages résistants à la surchauffe lorsqu'ils véhiculent du courant électrique. Ceci est crucial dans la transmission d'énergie, car une chaleur plus élevée affectera la résistance.
Utilisations du cuivre
Le cuivre est utilisé de plusieurs manières, à la fois physiquement et biologiquement. Il est également utilisé en agriculture comme poison. Les solutions de cuivre sont couramment utilisées dans le cadre de tests chimiques. Dans l'organisme, le cuivre joue un rôle d'élément essentiel nécessaire au transfert d'énergie dans les cellules. Certains crustacés utilisent même du cuivre au lieu du fer comme principal transporteur d'oxygène.
Le cuivre est bien entendu utilisé dans la fabrication des pièces de monnaie; les centimes plus anciens en sont un exemple. En fait, la plupart des pièces contiennent au moins un peu de cuivre.
Le cuivre est principalement utilisé dans la transmission et la livraison de l'électricité à toutes les choses que vous utilisez tous les jours. Le cuivre est largement utilisé dans le câblage électrique, la construction, les machines, les télécommunications, la transmission d'énergie, le transport et d'autres utilisations industrielles. Il peut être utilisé pour les câbles, les transformateurs et les pièces de connecteur. Le cuivre est également utilisé dans les ordinateurs et les microcircuits.
À mesure que le marché de l'énergie durable se développe, la demande de cuivre augmente également. Le cuivre est extrêmement utile dans de nombreux domaines et peut également être recyclé à plusieurs reprises. C'est donc un élément clé des systèmes d'énergie renouvelable. En fait, les industries du solaire, de l'éolien et des véhicules électriques dépendent du cuivre pour se connecter au réseau électrique. Les véhicules électriques nécessitent beaucoup plus de cuivre que les véhicules à essence. La conductivité élevée du cuivre le rend très efficace. Il semble approprié que le métal le plus ancien utilisé par les humains continue d'offrir des avantages dans le futur.