יתכן שאתה מכיר את נחושת המתכת בצורה הטובה ביותר מפרוטות ישנות יותר, שעשויות נחושת ומתכות אחרות. אך נחושת ממלאת תפקידים מכריעים רבים ברחבי העולם בשל תכונותיה הייחודיות. אחד המאפיינים הללו הוא מוליכותו, או יכולתו להוביל חשמל. המוליכות הגבוהה של הנחושת הופכת אותו לאידיאלי למטרות חשמל.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
נחושת היא מתכת בצבע אדום-זהב לא יקרה עם מוליכות חשמלית גבוהה. למעשה, מוליכות הנחושת כל כך גבוהה שהיא נחשבת לסטנדרט שלפיו משווים מתכות וסגסוגות לא יקרות אחרות. מוליכות הנחושת מושפעת מתוספת מתכות אחרות לייצור סגסוגות.
מאפייני נחושת
נחושת היא מתכת בצבע אדום-זהב מושכת. זה נקרא נחושת על שם המילה האנגלית העתיקה "קופר", שמקורה ב "Cyprium aes", שהיא המילה הלטינית למתכת מקפריסין. סמל האטום של הנחושת הוא "Cu", ומספרו האטומי הוא 29. נחושת הייתה המתכת הראשונה שבני אדם עבדו אי פעם. בסופו של דבר, אנשים גילו שאם ישלבו נחושת עם פח המתכת, הם יכלו ליצור סוג חדש של מתכת בשם ברונזה. זה השיק את מה שאנו מכנים תקופת הברונזה, שבה הציוויליזציה קפצה קדימה בעזרת נחושת המתכת. ברונזה שימש במטבע ובכלים שעזרו לשנות את החברה.
נחושת נמצאת לעיתים קרובות לצד גופרית. מקורות נחושת חשובים כוללים כלקופיריט ובורניט. נחושת מופקת מעפרת נחושת גופרית ממוקשת על ידי התכה ואז זיקוק באמצעות אלקטרוליזה.
מאפיין שימושי של נחושת הוא משיכותו, או יכולתו להימתח. ניתן למשוך ולעוות נחושת, אך הוא לא ישבר. זה הופך אותו לאידיאלי לשימוש כחוט. נחושת היא מתכת גמישה, כלומר ניתן לעצב ולתפעל אותה בקלות. ככזה, הוא מעט רך. מאפיין נוסף של נחושת הוא יכולתו המצוינת להוביל חום. נחושת אינה נכנעת לקורוזיה כמו כמה מתכות אחרות, ואינה מחמצנת או מחלידה כמו ברזל. נחושת למעשה עמידה בפני תרכובות אורגניות רבות, ואולי המאפיין החשוב ביותר שלה הוא המוליכות הגבוהה שלה.
נחושת היא מתכת מצוינת לעיבוד ופירוק, מכיוון שהיא קלה לעיצוב ולהלחמה. בנוסף, נכס מעולה ויקר ערך של נחושת הוא יכולתו להיות ממוחזרת. לא משנה אם מקור הנחושת הוא ממכרה או מחומרי מיחזור. מאפייניו הרבים המועילים נותרים ללא קשר למקורם.
סגסוגות הן תערובות של מתכות, כגון תערובת נחושת ופח ליצירת ברונזה, שהיא מתכת קשה יותר מנחושת. לסגסוגות מתכת יש כמה מאותן תכונות של מתכות האם שלהן, אך הן יכולות להתגלות גם הן בהרבה בהתנהגותן. תערובות סגסוגות יכולות להשפיע על המוליכות החשמלית של מתכות, למשל. שילוב של מתכות שונות עם נחושת מביא לתכונות ייחודיות לכל סגסוגת. כאשר משולבים נחושת עם כסף, לסגסוגת המתקבלת יש תכונות רבות זהות לנחושת טהורה. אך אם משלבים נחושת עם זרחן, הסגסוגת המתקבלת מתנהגת בצורה שונה לגמרי.
סגסוגות נחושת שונות מספקות שימושים שונים. לעתים קרובות, סגסוגות מיוצרות כדי לחזק את הנחושת או להגדיל את איכויות המוליכות החשמלית שלה.
מוליכות של נחושת
מוליכות של מתכות מתייחסת ליכולתן של מתכות להוביל חשמל. המוליכות יכולה להשתנות בתוספת מתכות אחרות, כמו למשל בייצור סגסוגות. המתכת עם המוליכות הגדולה ביותר היא כסף המתכת היקרה. העלות של סילבר מונעת ממנה להיות משתלמת כלכלית לשימושים חשמליים רחבי היקף. בקרב מתכות לא יקרות, מוליכות נחושת או Cu היא הגבוהה ביותר. כלומר נחושת יכולה לשאת זרם חשמלי רב יותר ממתכות שאינן יקרות אחרות. למעשה, מוליכות של מתכות שאינן יקרות אחרות מושוות לנחושת מכיוון שנחושת הפכה לסטנדרט האולטימטיבי.
תקן המוליכות נקרא תקן הנחושת הבינלאומי שנחשף, או IACS. אחוז ה- IACS של חומר מתייחס למוליכות החשמלית שלו, ואחוז ה- IACS של נחושת טהורה נחשב ל -100 אחוז. לעומת זאת, המוליכות של אלומיניום עומדת על 61 אחוז IACS. מוליכות Cu מושפעת מתוספת מתכות שונות ליצירת סגסוגות. סגסוגות נחושת עם יותר מ 99.3 אחוזי נחושת נקראים "נחושת". סגסוגות מסוימות מכילות אחוזי נחושת גבוהים מאוד, ואלה נקרא "סגסוגות נחושת גבוהות." בעוד שאחוז הנחושת משפיע על מוליכות Cu, הוא מושפע בצורה הבולטת ביותר מסוג החומרים משולב עם. פשרה בדרך כלל מתרחשת כאשר סגסוגות נחושת עשויות להיות חזקות יותר. בדרך כלל סגסוגות אלו נמוכות יותר במוליכות.
ל- Cu-ETP (מגרש מגע אלקטרוני) יש 100 אחוז IACS והוא הכינוי לסוג הנחושת המשמש בחוטים, כבלים וסורגי אוטובוסים. נחושת יצוקה, או Cu-C, היא 98 אחוז IACS, כך שהיא גם בעלת מוליכות גבוהה. כאשר מוסיפים פח, מגנזיום, כרום, ברזל או זירקוניום ליצירת סגסוגות עם נחושת, חוזק המתכת עולה, אך מוליכותו יורדת. לדוגמה, נחושת-פח או CuSnO.15 מוליכות Cu נמוכה כמו 64 אחוז IACS. בהתאם לתפקוד הסגסוגת, מוליכות Cu יכולה לרדת במידה ניכרת. יש עדיין סגסוגות המספקות יכולת עיבוד טובה וגם מוליכות גבוהה בשילוב. דוגמאות שלו כוללות סגסוגות נחושת-טלוריום (CuTep) ונחושת-גופרית (CuSP). המוליכות שלהם נעה בין 64 ל- 98 אחוזים IACS. סגסוגות אלה מועילות למדי עבור תושבות מוליכים למחצה וטיפים לריתוך התנגדות. לפעמים חומרים מבוססי נחושת דורשים קשיות וחוזק גבוהים עם מוליכות Cu מתונה; דוגמה לכך היא תערובת של נחושת, ניקל וסיליקון, המעניקה מוליכות Cu של 45 עד 60 אחוז IACS. בקצה המוליכות הנמוכה של האבנית, פליז הם סגסוגות נחושת המעולים ליציקה. אחוז ה- IACS שלהם נע סביב 20. דוגמה אחת לסגסוגות מוליכות נמוכות אלה היא נחושת-אבץ. לפעמים סגסוגת מאוזנת מספקת מוליכות Cu נמוכה עד בינונית, דבר שימושי לצרכים חשמליים. פליז נחושת ואבץ נכנס לקטגוריה זו, והמוליכות שלהם נעה בין 28 ל -56 אחוזים IACS. הרבגוניות העצומה של נחושת ויכולתו ליצור סגסוגות שימושיות עם כל כך הרבה מתכות שונות היא מדהימה.
מכיוון שמוליכות ה- Cu כה גבוהה, גם יכולתו להעביר חום גבוהה למדי. ייצור סגסוגות נחושת עם מוליכות גבוהה מחייב ביצוע סגסוגות עמידות בפני התחממות יתר כאשר הן נושאות זרם חשמלי. זה קריטי בהעברת אנרגיה, מכיוון שחום גבוה יותר ישפיע על ההתנגדות.
שימושים של נחושת
נחושת משמשת בדרכים רבות, הן פיזית והן ביולוגית. הוא משמש גם בחקלאות כרעל. בדרך כלל משתמשים בתמיסות נחושת כחלק מבדיקות כימיות. בגוף, נחושת ממלאת תפקיד כמרכיב חיוני הנחוץ להעברת אנרגיה בתאים. ישנם סרטנים שאף משתמשים בנחושת במקום בברזל כטרנספורטר החמצן העיקרי שלהם.
נחושת משמשת כמובן לייצור מטבעות; פרוטות ישנות יותר הן דוגמה אחת. למעשה, מרבית המטבעות מכילים לפחות מעט נחושת.
נחושת משמשת בעיקר בהעברה ואספקת חשמל לכל הדברים היומיומיים שבהם אתה משתמש. נחושת משמשת באופן נרחב בחיווט חשמלי, בנייה, מכונות, טלקומוניקציה, העברת חשמל, תחבורה ושימושים תעשייתיים אחרים. ניתן להשתמש בו לכבלים, שנאים וחלקי מחברים. נחושת משמשת גם במחשבים ומיקרו מעגלים.
ככל ששוק האנרגיה בר קיימא גדל, כך גדל הביקוש לנחושת. נחושת שימושית ביותר באזורים רבים ומסוגלת למחזר שוב ושוב. לכן זהו מרכיב מרכזי במערכות אנרגיה מתחדשת. למעשה תעשיות שמש, רוח ורכבים חשמליים מסתמכות על נחושת שתחבר אותן לרשת החשמל. כלי רכב חשמליים דורשים הרבה יותר נחושת מאשר כלי רכב המונעים בגז. המוליכות הגבוהה של נחושת הופכת אותו ליעיל מאוד. נראה ראוי כי המתכת העתיקה ביותר של בני האדם תמשיך להציע יתרונות גם בעתיד.