Je kent het metaalkoper misschien het beste van oudere centen, die zijn gemaakt van koper en andere metalen. Maar koper speelt wereldwijd veel cruciale rollen vanwege zijn unieke eigenschappen. Een van deze eigenschappen is de geleidbaarheid, of het vermogen om elektriciteit te geleiden. De hoge geleidbaarheid van koper maakt het ideaal voor elektrische doeleinden.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Koper is een onedel, rood-goudkleurig metaal met een hoge elektrische geleidbaarheid. In feite is de geleidbaarheid van koper zo hoog dat het wordt beschouwd als de standaard waarmee andere niet-edele metalen en legeringen worden vergeleken. De geleidbaarheid van koper wordt beïnvloed door de toevoeging van andere metalen om legeringen te maken.
Eigenschappen van koper
Koper is een aantrekkelijk rood-goudkleurig metaal. Het is koper genoemd naar het Oud-Engelse woord 'coper', dat afkomstig is van 'Cyprium aes', het Latijnse woord voor een metaal uit Cyprus. Het atoomsymbool van koper is "Cu" en het atoomnummer is 29. Koper was het eerste metaal dat mensen ooit hebben bewerkt. Uiteindelijk ontdekten mensen dat als ze koper combineerden met het metalen tin, ze een nieuw soort metaal konden maken, brons genaamd. Dit lanceerde wat wij de Bronstijd noemen, waarin de beschaving met behulp van het metaalkoper naar voren sprong. Brons werd gebruikt in valuta en instrumenten die de samenleving hielpen veranderen.
Koper wordt vaak naast zwavel gevonden. Belangrijke bronnen van koper zijn chalcopyriet en borniet. Koper wordt gewonnen uit gedolven kopersulfide-erts door smelten en vervolgens te raffineren via elektrolyse.
Een nuttige eigenschap van koper is de taaiheid of het vermogen om te worden uitgerekt. Koper kan worden getrokken en gedraaid, maar het zal niet breken. Dit maakt het ideaal om als draad te gebruiken. Koper is een kneedbaar metaal, wat betekent dat het gemakkelijk kan worden gevormd en gemanipuleerd. Als zodanig is het enigszins zacht. Een andere eigenschap van koper is het uitstekende vermogen om warmte te geleiden. Koper bezwijkt niet aan corrosie zoals sommige andere metalen, noch oxideert of roest het zoals ijzer. Koper is in feite bestand tegen veel organische verbindingen, en misschien is zijn meest waardevolle eigenschap zijn hoge geleidbaarheid.
Koper is een uitstekend metaal voor bewerking en verbinding, omdat het gemakkelijk te vormen en te solderen is. Bovendien is een uitstekende en waardevolle eigenschap van koper dat het kan worden gerecycled. Het maakt niet uit of een koperbron uit een mijn komt of uit recyclingmaterialen. De vele nuttige eigenschappen blijven bestaan, ongeacht de bron.
Legeringen zijn mengsels van metalen, zoals het mengsel van koper en tin om brons te maken, dat een harder metaal is dan koper. Metaallegeringen hebben enkele van dezelfde eigenschappen als hun moedermetalen, maar ze kunnen ook enorm verschillen in gedrag. Legeringmengsels kunnen bijvoorbeeld de elektrische geleidbaarheid van metalen beïnvloeden. De combinatie van verschillende metalen met koper resulteert in unieke eigenschappen voor elke legering. Wanneer koper wordt gecombineerd met zilver, heeft de resulterende legering veel van dezelfde kenmerken als puur koper. Maar als koper wordt gecombineerd met fosfor, gedraagt de resulterende legering zich op een heel andere manier.
Verschillende koperlegeringen bieden verschillende toepassingen. Heel vaak worden legeringen gemaakt om koper te versterken of zijn elektrische geleidbaarheid te vergroten.
Geleidbaarheid van koper
De geleidbaarheid van metalen verwijst naar het vermogen van metalen om elektriciteit te geleiden. De geleidbaarheid kan veranderen door toevoeging van andere metalen, zoals bij het maken van legeringen. Het metaal met de grootste geleidbaarheid is het edelmetaal zilver. De kosten van zilver voorkomen dat het economisch levensvatbaar is voor grootschalige elektrische toepassingen. Van de niet-edele metalen is de geleidbaarheid van koper of Cu het hoogst. Dat betekent dat koper meer elektrische stroom kan transporteren dan andere niet-edele metalen. In feite wordt de geleidbaarheid van andere niet-edele metalen vergeleken met koper, omdat koper de ultieme standaard is geworden.
De norm van geleidbaarheid wordt de International Annealed Copper Standard of IACS genoemd. Het percentage IACS van een stof verwijst naar de elektrische geleidbaarheid en het IACS-percentage van puur koper wordt als 100 procent beschouwd. Daarentegen staat de geleidbaarheid van aluminium op 61 procent IACS. De geleidbaarheid van Cu wordt beïnvloed door de toevoeging van verschillende metalen om legeringen te vormen. Koperlegeringen met een kopergehalte van meer dan 99,3 procent worden "kopers" genoemd. Sommige legeringen bevatten zeer hoge percentages koper, en dat zijn "Hoge koperlegeringen" genoemd. Hoewel het percentage koper de geleidbaarheid van Cu beïnvloedt, wordt het het meest opvallend beïnvloed door wat voor soort materiaal het is gecombineerd met. Over het algemeen treedt er een compromis op wanneer koperlegeringen sterker worden gemaakt. Over het algemeen hebben deze legeringen een lager geleidingsvermogen.
Cu-ETP (Electronic Touch Pitch) heeft 100 procent IACS en is de aanduiding voor het soort koper dat wordt gebruikt in draden, kabels en busbars. Gegoten koper, of Cu-C, is 98 procent IACS, dus het heeft ook een hoge geleidbaarheid. Wanneer tin, magnesium, chroom, ijzer of zirkonium wordt toegevoegd om legeringen met koper te maken, stijgt de sterkte van het metaal, maar daalt de geleidbaarheid. Koper-tin of CuSnO.15 heeft bijvoorbeeld een Cu-geleidingsvermogen van slechts 64 procent IACS. Afhankelijk van de legeringsfunctie kan de Cu-geleidbaarheid aanzienlijk dalen. Er zijn nog steeds legeringen die zowel een goede bewerkbaarheid als een hoge geleidbaarheid combineren. Voorbeelden van zijn onder meer koper-tellurium (CuTep) en koper-zwavel (CuSP) legeringen. Hun geleidbaarheid varieert van 64 tot 98 procent IACS. Deze legeringen blijken behoorlijk nuttig te zijn voor halfgeleidermontages en weerstandslaspunten. Soms vereisen materialen op koperbasis een hoge hardheid en sterkte met een matige Cu-geleidbaarheid; een voorbeeld is een mengsel van koper, nikkel en silicium, dat een Cu-geleidingsvermogen van 45 tot 60 procent IACS geeft. Aan de laaggeleidende kant van de schaal zijn messing koperlegeringen die uitstekend geschikt zijn voor gieten. Hun percentage van IACS schommelt rond de 20. Een voorbeeld van deze legeringen met een lage Cu-geleidbaarheid is koper-zink. Soms biedt een uitgebalanceerde legering een lage tot matige Cu-geleiding, wat handig is voor elektrische behoeften. Koper-zink messing valt in deze categorie en hun geleidbaarheid varieert van 28 tot 56 procent IACS. De enorme veelzijdigheid van koper en zijn vermogen om bruikbare legeringen te vormen met zoveel verschillende metalen is ongelooflijk.
Omdat de Cu-geleidbaarheid zo hoog is, is het vermogen om warmte over te dragen ook behoorlijk hoog. Om koperlegeringen met een hoge geleidbaarheid te maken, moeten legeringen bestand zijn tegen oververhitting wanneer ze elektrische stroom voeren. Dit is cruciaal bij energietransmissie, omdat hogere warmte de weerstand zal beïnvloeden.
Gebruik van koper
Koper wordt op vele manieren gebruikt, zowel fysiek als biologisch. Het wordt ook gebruikt in de landbouw als gif. Oplossingen van koper worden vaak gebruikt als onderdeel van chemische tests. In het lichaam speelt koper een rol als essentieel element dat nodig is voor energieoverdracht in cellen. Sommige schaaldieren gebruiken zelfs koper in plaats van ijzer als hun primaire zuurstoftransporteur.
Koper wordt natuurlijk gebruikt bij het maken van munten; oudere centen zijn een voorbeeld. In feite bevatten de meeste munten op zijn minst een klein beetje koper.
Koper wordt meestal gebruikt bij de transmissie en levering van elektriciteit aan alle dagelijkse dingen die u gebruikt. Koper wordt veel gebruikt in elektrische bedrading, constructie, machines, telecommunicatie, krachtoverbrenging, transport en ander industrieel gebruik. Het kan worden gebruikt voor kabels, transformatoren en connectordelen. Koper wordt ook gebruikt in computers en microschakelingen.
Naarmate de markt voor duurzame energie groeit, groeit ook de vraag naar koper. Koper is op veel gebieden buitengewoon nuttig en kan ook steeds opnieuw worden gerecycled. Daarom is het een belangrijk onderdeel van hernieuwbare energiesystemen. In feite zijn de zonne-, wind- en elektrische voertuigindustrieën afhankelijk van koper om ze op het elektriciteitsnet aan te sluiten. Elektrische voertuigen hebben veel meer koper nodig dan voertuigen op gas. De hoge geleidbaarheid van koper maakt het zeer efficiënt. Het lijkt passend dat het oudst gebruikte metaal door mensen tot ver in de toekomst voordelen zal blijven bieden.