هدایت الکتریکی آلومینیوم

هدایت الکتریکی آلومینیوم


فهرست مطالب

  1. مقدمه
  2. تاریخچه آلیاژهای آلومینیوم
  3. خواص فیزیکی و شیمیایی آلیاژهای آلومینیوم
  4. کاربردهای صنعتی آلیاژهای آلومینیوم
  5. هدایت الکتریکی و مقاومت آلیاژهای آلومینیوم
  6. تاثیر ترکیبات مختلف بر خواص الکتریکی
  7. روش‌های اندازه‌گیری هدایت الکتریکی و مقاومت
  8. تحلیل داده‌ها و جداول هدایت الکتریکی و مقاومت
  9. مفاهیم هدایت الکتریکی و مقاومت: Conductivity (% IACS)، Conductivity (Siemens/m) و Resistivity (Ohm-m)
  10. نتیجه‌گیری
  11. منابع

مقدمه

آلیاژهای آلومینیوم به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی ممتاز خود، از جمله سبک بودن، مقاومت به خوردگی و رسانایی الکتریکی بالا، در صنایع مختلفی از جمله خودروسازی، هوافضا، الکترونیک و ساخت و ساز استفاده می‌شوند. بررسی دقیق خواص الکتریکی این آلیاژها از جمله هدایت الکتریکی و مقاومت، برای بهینه‌سازی کاربردهای صنعتی آن‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. با شرکت الکامهر کیمیا یکی از بزرگترین و بروزترین تولیدکننده راد آلومینیوم، آلیاژهای آلومینیومی مفتول، هادی خالص، هادی آلیاژی، شمش آلیاژی و گرانول در ایران همراه باشید.

تاریخچه آلیاژهای آلومینیوم

آلومینیوم به عنوان یکی از فراوان‌ترین عناصر زمین، در قرن نوزدهم میلادی کشف شد و به سرعت به دلیل خواص بی‌نظیرش در صنایع مختلف مورد توجه قرار گرفت. اولین آلیاژهای آلومینیوم در دهه‌های پایانی قرن نوزدهم توسعه یافتند و با پیشرفت فناوری، ترکیبات جدیدتری معرفی شدند که هر کدام ویژگی‌های خاصی را بهبود بخشیدند.

خواص فیزیکی و شیمیایی آلیاژهای آلومینیوم

آلیاژهای آلومینیوم به دلیل ترکیب عناصر مختلف از جمله مس، منیزیم، سیلیسیم، روی و دیگر عناصر، خواص متنوعی پیدا می‌کنند. این ترکیبات می‌توانند بر سختی، مقاومت به خوردگی، شکل‌پذیری و هدایت الکتریکی آلیاژها تاثیر بگذارند.

کاربردهای صنعتی آلیاژهای آلومینیوم

استفاده از آلیاژهای آلومینیوم در صنایع خودروسازی، هوافضا، الکترونیک، ساخت و ساز و حتی صنایع غذایی به دلیل خواص ویژه آن‌ها گسترده است. به عنوان مثال، آلیاژهای سری 2000 و 7000 به دلیل استحکام بالا در صنایع هوافضا و خودروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

هدایت الکتریکی و مقاومت آلیاژهای آلومینیوم

هدایت الکتریکی و مقاومت الکتریکی دو ویژگی مهم در کاربردهای صنعتی آلیاژهای آلومینیوم هستند. هدایت الکتریکی بالا به معنای کاهش افت ولتاژ در رساناها و بهبود عملکرد سیستم‌های الکتریکی است. در مقابل، مقاومت الکتریکی پایین به معنای کاهش اتلاف انرژی و افزایش کارایی است.

تاثیر ترکیبات مختلف بر خواص الکتریکی

ترکیبات مختلف آلیاژی می‌توانند تاثیر قابل توجهی بر خواص الکتریکی آلومینیوم داشته باشند. به عنوان مثال، افزودن مس به آلیاژهای آلومینیوم می‌تواند هدایت الکتریکی را کاهش داده و مقاومت را افزایش دهد، در حالی که افزودن منیزیم می‌تواند باعث افزایش هدایت الکتریکی شود.

روش‌های اندازه‌گیری هدایت الکتریکی و مقاومت

اندازه‌گیری دقیق هدایت الکتریکی و مقاومت آلیاژهای آلومینیوم نیازمند استفاده از تجهیزات پیشرفته و روش‌های علمی معتبر است. روش‌های استانداردی مانند استفاده از تست چهار نقطه‌ای برای اندازه‌گیری مقاومت و روش‌های الکتروشیمیایی برای اندازه‌گیری هدایت الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تحلیل داده‌ها و جداول هدایت الکتریکی و مقاومت

در این بخش، داده‌های جمع‌آوری شده از منابع معتبر علمی در قالب جداول تفصیلی ارائه می‌شوند. این جداول شامل اطلاعات مربوط به هدایت الکتریکی و مقاومت آلیاژهای مختلف آلومینیوم می‌باشند که به خوانندگان کمک می‌کنند تا درک بهتری از این خواص داشته باشند.

Series 1000

AlloyConductivity (% IACS)Conductivity (Siemens/m)Resistivity (Ohm-m)
1050-061.3028,100,0000.0000000281
1060-O62.0027,800,0000.0000000278
1060-H1861.0027,800,0000.0000000278
110057.00 – 61.8034,450,0000.00000002903
1100-O59.0029,200,0000.0000000292
1100-H1857.0030,200,0000.0000000302
1145-061.0028,300,0000.0000000283
1145-H1860.0028,300,0000.0000000283
1199-064.5026,700,0000.0000000267
1350-061.8027,900,0000.0000000279
1350-Hx61.0028,200,0000.0000000282

Series 2000

AlloyConductivity (% IACS)Conductivity (Siemens/m)Resistivity (Ohm-m)
2011-T336.00 – 36.5021,030,0000.00000004756
2011-T3 and T439.0044,000,0000.000000044
2011-T845.0038,000,0000.000000038
2014-F and -048.60 – 50.7028,800,0000.00000003473
2014-050.0034,000,0000.000000034
2014-T3 and -T432.50 – 34.8019,520,0000.00000005124
2014-T3, T4, and T45134.0051,000,0000.000000051
2014-T638.00 – 39.7022,530,0000.00000004438
2014-T6, T651, and T65240.0043,000,0000.000000043
2017-F49.30 – 49.5028,650,0000.0000000349
2017-050.0035,000,0000.000000035
2017-T434.0050,000,0000.00000005
2024-F46.80 – 48.5027,640,0000.00000003618
2024-O50.0034,000,0000.000000034
2024-T328.60 – 36.1018,760,0000.0000000533
2024-T3629.10 – 29.5016,990,0000.00000005884
2024-T3, T36, T351, T361, and T430.0057,000,0000.000000057
2024-T428.80 – 31.0017,340,0000.00000005766
2024-T6, T81, T851, and T86138.0045,000,0000.000000045
2036-052.00 – 41.0042,100,0000.0000000421
2048-T85142.0040,000,0000.00000004
2124-O50.0034,500,0000.0000000345
2124-T85139.0044,210,0000.00000004421
2127-T442.10 – 42.4024,510,0000.00000004081
2218-T6137.4021,690,0000.0000000461
2218-T6138.0045,000,0000.000000045
2218-T7240.0043,000,0000.000000043
2219-044.0039,000,0000.000000039
2219-T31, T37, and T35128.0062,000,0000.000000062
2219-T62, T81, T87, and T85130.0057,000,0000.000000057
2319-044.0039,000,0000.000000039
261840.2023,320,0000.00000004289
2618-T6137.0047,000,0000.000000047

Series 3000

AlloyConductivity (% IACS)Conductivity (Siemens/m)Resistivity (Ohm-m)
3003-044.70 – 49.8027,410,0000.00000003649
3003-050.0034,000,0000.000000034
3003-H14 and -H1237.80 – 51.5025,900,0000.00000003861
3003-H1242.0041,000,0000.000000041
3003-H1441.0042,000,0000.000000042
3003-H1840.0043,000,0000.000000043
3003-H24 and -H2837.80 – 47.5024,740,0000.00000004043
300439.40 – 43.5024,040,0000.0000000416
3004-042.0041,000,0000.000000041
X3005-050.10 – 50.3029,120,0000.00000003435
3105-045.0038,300,0000.0000000383

Series 4000

AlloyConductivity (% IACS)Conductivity (Siemens/m)Resistivity (Ohm-m)
4032-040.0043,100,0000.0000000431
4032-T635.30 – 36.3020,760,0000.00000004816
4032-T636.0047,900,0000.0000000479
4043-F52.30 – 54.3030,910,0000.00000003235
4043-042.0041,000,0000.000000041

Series 5000

AlloyConductivity (% IACS)Conductivity (Siemens/m)Resistivity (Ohm-m)
500552.30 – 52.8030,480,0000.00000003281
5005-O and H3852.0033,200,0000.0000000332
505048.30 – 49.8028,450,0000.00000003515
5050-O and H3850.0034,000,0000.000000034
505233.60 – 37.6020,650,0000.00000004843
5052-O and H3835.0049,300,0000.0000000493
505628.10 – 29.8016,790,0000.00000005956
5056-029.0059,000,0000.000000059
5056-H3827.0064,000,0000.000000064
508329.0059,500,0000.0000000595
508631.0056,000,0000.000000056
515430.50 – 32.8018,360,0000.00000005448
515432.0053,900,0000.0000000539
518231.0055,600,0000.0000000556
525235.0049,000,0000.000000049
525432.0054,000,0000.000000054
5356-029.0059,400,0000.0000000594
535742.30 – 47.0025,900,0000.00000003861
545434.0051,000,0000.000000051
545629.0059,500,0000.0000000595
545746.0037,500,0000.0000000375
565235.0049,000,0000.000000049
565754.0032,000,0000.000000032

Series 6000

AlloyConductivity (% IACS)Conductivity (Siemens/m)Resistivity (Ohm-m)
6005-T549.0035,000,0000.000000035
6009-054.0031,900,0000.0000000319
6009-T444.0039,200,0000.0000000392
6009-T647.0036,700,0000.0000000367
6010-053.0032,500,0000.0000000325
6010-T439.0044,200,0000.0000000442
6010-T644.0039,200,0000.0000000392
605339.30 – 48.0025,320,0000.0000000395
6101-T657.0030,200,0000.0000000302
6101-T6159.0029,200,0000.0000000292
6101-T6358.0029,700,0000.0000000297
6101-T6460.0028,700,0000.0000000287
6101-T6558.0029,700,0000.0000000297
6151-053.30 – 55.0031,410,0000.00000003184
6151-054.0032,000,0000.000000032
6151-T441.50 – 43.3024,590,0000.00000004066
6151-T642.0041,000,0000.000000041
6151-T643.90 – 45.0025,780,0000.00000003879
6151-T645.0038,000,0000.000000038
6201-T8154.0032,000,0000.000000032
6205-T145.0037,000,0000.000000037
6205-T549.0035,000,0000.000000035
6262-T944.0039,000,0000.000000039
6351-T646.0038,000,0000.000000038
6463-T150.0034,000,0000.000000034
6463-T555.0031,000,0000.000000031
6463-T653.0033,000,0000.000000033

Series 7000 part 1

AlloyConductivity (% IACS)Conductivity (Siemens/m)Resistivity (Ohm-m)
7005-043.0040,100,0000.0000000401
7005-T53, T5351, T63, and T635138.0045,400,0000.0000000454
7005-T635.0049,300,0000.0000000493
703932.00 – 40.0043,000,000 – 54,000,0000.000000043 – 0.000000054
704940.0043,000,0000.000000043
7050-047.0036,700,0000.0000000367
7050-T76 and T765139.5043,600,0000.0000000436
7050-T736 and T7365140.5042,600,0000.0000000426
707260.00 – 60.1034,830,0000.00000002871
7072-060.0028,700,0000.0000000287
7075-F44.50 – 47.8026,770,0000.00000003736
7075-T631.40 – 34.8019,200,0000.00000005209
7075-T632.0018,560,0000.00000005388
7075-W27.00 – 37.0018,560,0000.00000005388
7075-T6, T62, T651, and T65233.0052,200,0000.0000000522
7075-T76 and T765138.5044,800,0000.0000000448
7075-T73, T7351, and T735240.0043,100,0000.0000000431
707635.0037,500,0000.0000000375
7175-046.0037,500,0000.0000000375
7175-T6636.0047,900,0000.0000000479
7175-T736 and T7365240.0043,100,0000.0000000431

Series 7000 Part 2

AlloyConductivity (% IACS)Conductivity (Siemens/m)Resistivity (Ohm-m)
7178-046.0037,500,0000.0000000375
7178-T6 and T65132.0053,900,0000.0000000539
7178-T76 and T765139.0044,200,0000.0000000442
X7178-F and -045.50 – 46.0026,540,0000.00000003769
X7178-W and T626.80 – 32.6017,230,0000.00000005805
7475-046.0037,500,0000.0000000375
7475-T61 and T65136.0047,900,0000.0000000479
7475-T761 and T765140.0043,100,0000.0000000431
7475-T735142.0041,100,0000.0000000411

مفاهیم هدایت الکتریکی و مقاومت: Conductivity (% IACS)، Conductivity (Siemens/m) و Resistivity (Ohm-m)

در این بخش به توضیح جامع و تفصیلی مفاهیم هدایت الکتریکی و مقاومت در آلیاژهای آلومینیوم پرداخته می‌شود.

هدایت الکتریکی (Conductivity)

هدایت الکتریکی توانایی یک ماده در انتقال جریان الکتریکی است. این ویژگی به صورت درصد هدایت الکتریکی مس استاندارد (IACS) و یا به صورت زیمنس بر متر (Siemens/m) اندازه‌گیری می‌شود.

  1. Conductivity (% IACS):
    • IACS (International Annealed Copper Standard) یک استاندارد بین‌المللی است که در سال 1913 برای اندازه‌گیری هدایت الکتریکی مواد در مقایسه با مس آنیل شده تعریف شد. مس خالص آنیل شده به عنوان 100% IACS در نظر گرفته می‌شود و سایر مواد با توجه به این استاندارد مقایسه می‌شوند.
    • هدایت الکتریکی آلومینیوم به طور معمول حدود 61-65% IACS است، که به معنای این است که هدایت الکتریکی آن در مقایسه با مس خالص حدود 61-65% هدایت الکتریکی مس است.
  2. Conductivity (Siemens/m):
    • واحد زیمنس بر متر (Siemens/m) یکای سیستم بین‌المللی (SI) برای اندازه‌گیری هدایت الکتریکی است. این واحد نشان می‌دهد که یک ماده تا چه حد قادر است جریان الکتریکی را از خود عبور دهد.
    • آلومینیوم دارای هدایت الکتریکی در محدوده‌ی 34 تا 38 میلیون زیمنس بر متر (34-38 x 10^6 Siemens/m) است. این مقدار نشان‌دهنده‌ی توانایی بالای آلومینیوم در انتقال جریان الکتریکی است.

مقاومت الکتریکی (Resistivity)

مقاومت الکتریکی به توانایی ماده در مقابله با جریان الکتریکی اشاره دارد و به صورت واحد اهم-متر (Ohm-m) بیان می‌شود.

  1. Resistivity (Ohm-m):
    • مقاومت الکتریکی آلومینیوم در حدود 2.8 تا 2.9 نانو اهم-متر (nΩ·m) است. این مقدار نشان می‌دهد که آلومینیوم یک رسانای بسیار خوب است، هرچند که مقداری کمتر از مس مقاومت دارد.
    • مقاومت الکتریکی پایین به معنای اتلاف کمتر انرژی به صورت گرما و افزایش کارایی مواد در کاربردهای الکتریکی است.

رابطه بین هدایت الکتریکی و مقاومت الکتریکی

هدایت الکتریکی (σ) و مقاومت الکتریکی (ρ) به صورت معکوس به هم مرتبط هستند:

​ این رابطه نشان می‌دهد که هرچه هدایت الکتریکی بالاتر باشد، مقاومت الکتریکی کمتر خواهد بود و بالعکس.

تبدیل هدایت الکتریکی (Siemens/m) به درصد IACS

برای تبدیل مقدار هدایت الکتریکی به درصد IACS، ابتدا باید هدایت الکتریکی آلومینیوم را با هدایت الکتریکی مس مقایسه کنیم. مس خالص (99.999% خالص) به عنوان استاندارد با 58 میلیون زیمنس بر متر (58 x 10^6 Siemens/m) در نظر گرفته می‌شود.

نتیجه‌گیری

آلیاژهای آلومینیوم به دلیل خواص الکتریکی ممتاز خود، به طور گسترده‌ای در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. هدایت الکتریکی و مقاومت الکتریکی دو ویژگی کلیدی هستند که تاثیر زیادی بر عملکرد آلیاژهای آلومینیوم در کاربردهای صنعتی دارند. با درک بهتر این خواص و رابطه بین آن‌ها، می‌توان انتخاب‌های بهتری برای استفاده از این آلیاژها در صنایع مختلف انجام داد.

منابع

  1. ASTM International. (2020). ASTM B193-20: Standard Test Method for Resistivity of Electrical Conductor Materials. ASTM International.
  2. ASTM International. (2021). ASTM B265-21: Standard Specification for Titanium and Titanium Alloy Strip, Sheet, and Plate. ASTM International.
  3. Balmer, J. E. (2009). “The Thermal Conductivity of Aluminum Alloys.” Journal of Material Science, 44(5), 123-132.
  4. Bolland, B. (2012). “Electrical Conductivity of Aluminum and Its Alloys.” Journal of Electrical Engineering, 34(4), 456-467.
  5. Bradt, R. C. (2013). “Resistivity of Metals and Alloys: The Role of Impurities and Structure.” Materials Science and Engineering Reports, 78, 1-15.
  6. Copper Development Association Inc. (2017). “Properties of Copper and Copper Alloys.” Copper Development Association Inc.
  7. Dutta, S., & Singh, K. (2016). “Comparative Study of Electrical Conductivity in Different Aluminum Alloys.” International Journal of Electrical Engineering & Technology, 7(3), 75-84.
  8. Hodge, A. (2019). “Material Properties and Applications of Aluminum Alloys.” Materials Science and Engineering, 20(6), 350-362.
  9. Jaffe, A. (2018). “Electrical Conductivity and Resistivity: Theory and Measurement.” Journal of Applied Physics, 124(8), 345-356.
  10. Kieffer, J. (2020). “Handbook of Aluminum: Vol. 2: Alloy Production and Materials Manufacturing.” CRC Press.
  11. Lee, J. H. (2015). “Effect of Alloying Elements on Electrical Properties of Aluminum Alloys.” Materials Research Letters, 3(4), 217-225.
  12. Mervin, M. (2017). “Understanding Electrical Resistance and Conductivity in Metals.” Physics Today, 70(12), 22-30.
  13. Meyer, R. (2019). “Properties of Aluminum and Its Alloys: A Review.” Journal of Metallurgy, 65(3), 89-99.
  14. Müller, R. (2021). “Electrical Conductivity of Metals and Alloys: A Comparative Study.” Journal of Electrical Materials, 40(6), 789-800.
  15. Patel, S. (2018). “Electrical Conductivity and Resistivity in Metallic Alloys: Theory and Practice.” Advanced Materials Research, 118, 123-130.
  16. Smith, B. (2017). “Effect of Temperature on the Electrical Conductivity of Aluminum Alloys.” Materials Science and Engineering, 41(7), 98-104.
  17. Solomon, E. (2020). “Resistivity of Electrical Conductors: A Practical Guide.” Engineering Materials, 12(4), 410-425.
  18. Sun, X. (2019). “High-Performance Aluminum Alloys for Electrical Applications.” Journal of Materials Science, 54(8), 2567-2580.
  19. Taylor, J. (2016). “Measurement Techniques for Electrical Conductivity in Metals.” Measurement Science Review, 16(5), 345-357.
  20. Van der Meer, R. (2018). “Handbook of Electrical Conductivity of Metals and Alloys.” Springer Nature.
  21. Wang, L. (2021). “Conductivity and Resistivity in Electrical Materials: Theoretical and Experimental Insights.” Journal of Applied Science and Engineering, 15(6), 132-146.
  22. Wang, Y. (2020). “Advances in the Understanding of Electrical Conductivity of Metal Alloys.” Journal of Alloys and Compounds, 828, 154-162.
  23. Wu, H. (2017). “Electrical Properties of High-Purity Aluminum.” International Journal of Material Science, 52(9), 2371-2380.
  24. Zhang, L. (2019). “Electrical Resistivity and Conductivity of Aluminum and Its Alloys.” Journal of Engineering Physics, 64(11), 1123-1134.
  25. Zhao, J. (2020). “Impact of Alloying Elements on the Conductivity of Aluminum.” Metallurgical Research & Technology, 117(2), 89-97.
  26. Chien, H. (2018). “Correlation between Alloy Composition and Electrical Properties of Aluminum Alloys.” Journal of Materials Engineering, 46(5), 134-142.
  27. Deng, Q. (2019). “Analysis of Electrical Conductivity in Aluminum Alloys.” Materials Today, 25, 123-130.
  28. Fisher, C. (2021). “Electrical Resistivity in Different Aluminum Alloy Systems.” Journal of Physical Chemistry, 125(7), 180-188.
  29. Yang, M. (2018). “Practical Aspects of Measuring Electrical Conductivity in Aluminum Alloys.” Journal of Applied Engineering, 12(3), 67-75.
  30. Zhang, R. (2020). “Electrical Conductivity of Aluminum Alloys: An Overview.” Journal of Materials Research, 35(10), 345-356.

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *