Potresti conoscere meglio il rame metallico dai penny più vecchi, che sono fatti di rame e altri metalli. Ma il rame svolge molti ruoli cruciali in tutto il mondo grazie alle sue proprietà uniche. Una di queste proprietà è la sua conduttività, ovvero la sua capacità di condurre elettricità. L'elevata conduttività del rame lo rende ideale per scopi elettrici.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Il rame è un metallo non prezioso di colore rosso-oro con elevata conduttività elettrica. Infatti, la conducibilità del rame è così elevata da essere considerato lo standard con cui vengono confrontati altri metalli e leghe non preziosi. La conduttività del rame è influenzata dall'aggiunta di altri metalli per creare leghe.
Proprietà del rame
Il rame è un attraente metallo di colore rosso-oro. Prende il nome di rame dalla parola inglese antico "coper", che ha origine da "Cyprium aes", che è la parola latina per un metallo di Cipro. Il simbolo atomico del rame è "Cu" e il suo numero atomico è 29. Il rame è stato il primo metallo che l'uomo abbia mai lavorato. Alla fine, le persone hanno scoperto che se combinavano il rame con lo stagno metallico, potevano creare un nuovo tipo di metallo chiamato bronzo. Questo ha lanciato quella che chiamiamo l'età del bronzo, in cui la civiltà è balzata avanti con l'aiuto del rame metallico. Il bronzo è stato utilizzato in valuta e strumenti che hanno contribuito a cambiare la società.
Il rame si trova spesso accanto allo zolfo. Importanti fonti di rame includono calcopirite e bornite. Il rame viene estratto dal minerale di solfuro di rame estratto mediante fusione e quindi raffinazione tramite elettrolisi.
Una proprietà utile del rame è la sua duttilità, o capacità di allungarsi. Il rame può essere tirato e attorcigliato, ma non si romperà. Questo lo rende ideale per l'uso come filo. Il rame è un metallo malleabile, il che significa che può essere facilmente modellato e manipolato. Come tale, è un po' morbido. Un'altra proprietà del rame è la sua eccellente capacità di condurre il calore. Il rame non soccombe alla corrosione come altri metalli, né si ossida o arrugginisce come il ferro. Il rame infatti è resistente a molti composti organici, e forse la sua proprietà più preziosa è la sua elevata conduttività.
Il rame è un metallo eccellente per la lavorazione e la giunzione, poiché è facile da modellare e saldare. Inoltre, un'eccellente e preziosa proprietà del rame è la sua capacità di essere riciclato. Non importa se una fonte di rame proviene da una miniera o da materiali di riciclo. Le sue numerose proprietà utili rimangono indipendentemente dalla sua fonte.
Le leghe sono miscele di metalli, come la miscela di rame e stagno per fare il bronzo, che è un metallo più duro del rame. Le leghe metalliche possiedono alcune delle stesse proprietà dei loro metalli genitori, ma possono anche rivelarsi molto diverse nel comportamento. Le miscele di leghe possono, ad esempio, influenzare la conduttività elettrica dei metalli. La combinazione di vari metalli con il rame si traduce in tratti unici per ogni lega. Quando il rame è combinato con l'argento, la lega risultante possiede molte delle stesse caratteristiche del rame puro. Ma se il rame è combinato con il fosforo, la lega risultante si comporta in maniera del tutto diversa.
Diverse leghe di rame forniscono usi diversi. Molto spesso, le leghe vengono realizzate per rafforzare il rame o per aumentarne le qualità di conducibilità elettrica.
Conducibilità del rame
La conduttività dei metalli si riferisce alla capacità dei metalli di condurre elettricità. La conduttività può cambiare con l'aggiunta di altri metalli, come quando si realizzano le leghe. Il metallo con la maggiore conduttività è il metallo prezioso argento. Il costo dell'argento gli impedisce di essere economicamente sostenibile per usi elettrici su larga scala. Tra i metalli non preziosi, la conduttività del rame o del Cu è la più alta. Ciò significa che il rame può trasportare più corrente elettrica rispetto ad altri metalli non preziosi. In effetti, la conduttività di altri metalli non preziosi è paragonata al rame perché il rame è diventato lo standard per eccellenza.
Lo standard di conduttività è chiamato International Annealed Copper Standard, o IACS. La percentuale di IACS di una sostanza si riferisce alla sua conduttività elettrica e la percentuale di IACS del rame puro è considerata al 100%. Al contrario, la conduttività dell'alluminio si colloca al 61 percento IACS. La conduttività del Cu è influenzata dall'aggiunta di vari metalli per formare leghe. Le leghe di rame con un contenuto di rame superiore al 99,3% sono chiamate "Rame". Alcune leghe contengono percentuali molto elevate di rame, e quelle sono chiamate "Alte leghe di rame". Sebbene la percentuale di rame influenzi la conduttività del Cu, è più sorprendentemente influenzata dal tipo di materiale che è combinata con. Generalmente si verifica un compromesso quando le leghe di rame sono fatte per essere più forti. Generalmente queste leghe hanno una conduttività inferiore.
Cu-ETP (Electronic Touch Pitch) ha il 100% di IACS ed è la designazione del tipo di rame utilizzato in fili, cavi e sbarre collettrici. Il rame fuso, o Cu-C, è al 98% IACS, quindi è anche ad alto contenuto di conduttività. Quando si aggiungono stagno, magnesio, cromo, ferro o zirconio per creare leghe con il rame, la resistenza del metallo aumenta, ma la sua conduttività diminuisce. Ad esempio, rame-stagno o CuSnO.15 ha una conduttività del Cu di appena il 64% IACS. A seconda della funzione della lega, la conduttività del Cu può diminuire considerevolmente. Esistono ancora leghe che forniscono sia una buona lavorabilità che un'elevata conduttività combinate. Tra i suoi esempi ci sono le leghe rame-tellurio (CuTep) e rame-zolfo (CuSP). La loro conduttività varia dal 64 al 98 percento IACS. Queste leghe si rivelano molto utili per supporti per semiconduttori e punte per saldatura a resistenza. A volte i materiali a base di rame richiedono elevata durezza e resistenza con moderata conduttività del Cu; un esempio è una miscela di rame, nichel e silicio, che fornisce una conduttività del Cu dal 45 al 60 percento IACS. All'estremità della scala a bassa conduttività, gli ottoni sono leghe di rame eccellenti per la fusione. La loro percentuale di IACS si aggira intorno al 20. Un esempio di queste leghe a bassa conducibilità del Cu è il rame-zinco. A volte una lega bilanciata fornisce una conduttività di Cu da bassa a moderata, utile per esigenze elettriche. Gli ottoni rame-zinco rientrano in questa categoria e la loro conduttività varia dal 28 al 56% IACS. L'assoluta versatilità del rame e la sua capacità di formare leghe utili con così tanti metalli diversi è incredibile.
Poiché la conduttività del Cu è così elevata, anche la sua capacità di trasmettere calore è piuttosto elevata. Realizzare leghe di rame ad alta conduttività richiede la realizzazione di leghe resistenti al surriscaldamento quando trasportano corrente elettrica. Questo è fondamentale nella trasmissione di energia, poiché il calore più elevato influirà sulla resistenza.
Usi del rame
Il rame è usato in molti modi, sia fisicamente che biologicamente. Viene anche usato in agricoltura come veleno. Le soluzioni di rame sono comunemente usate come parte dei test chimici. Nel corpo, il rame svolge un ruolo come elemento essenziale necessario per il trasferimento di energia nelle cellule. Alcuni crostacei usano persino il rame invece del ferro come principale trasportatore di ossigeno.
Il rame è ovviamente usato per coniare monete; i penny più vecchi sono un esempio. In effetti, la maggior parte delle monete contiene almeno un po' di rame.
Il rame viene utilizzato principalmente nella trasmissione e nella consegna di elettricità a tutte le cose che usi tutti i giorni. Il rame è ampiamente utilizzato nei cablaggi elettrici, nell'edilizia, nei macchinari, nelle telecomunicazioni, nella trasmissione di energia, nei trasporti e in altri usi industriali. Può essere utilizzato per cavi, trasformatori e parti di connettori. Il rame è utilizzato anche nei computer e nei microcircuiti.
Con la crescita del mercato dell'energia sostenibile, cresce anche la domanda di rame. Il rame è estremamente utile in molte aree e può anche essere riciclato più e più volte. Pertanto è un componente chiave dei sistemi di energia rinnovabile. In effetti, le industrie del solare, dell'eolico e dei veicoli elettrici si affidano al rame per collegarsi alla rete elettrica. I veicoli elettrici richiedono molto più rame rispetto ai veicoli a gas. L'elevata conduttività del rame lo rende molto efficiente. Sembra appropriato che il metallo più antico utilizzato dagli esseri umani continuerà a offrire benefici anche in futuro.