Медь или Алюминий? — Кабель-провод
Кабель медный или алюминиевый?Кабели из какого материала лучше подойдут для проведения электричества?
На данный момент большинство электриков отдают предпочтение медной проводке вместо алюминиевой. Почему? В чем плюсы меди и недостатки алюминия?
Со времен Советского Союза вся электро-проводка была алюминиевая, а в современном строительстве таковую уже не встретить. Но чем причина глобальных перемен?
Преимущества медной проводки над алюминиевой
1. Электропроводность
Медь превосходит алюминий по электропроводности. Удельное электрическое сопротивление меди составляет 0,017 Ом*мм2/м в то время, как у алюминия 0,028 Ом*мм2/м. То есть электропроводность алюминия составляет 65% электропроводности меди, поэтому для одной и той же нагрузки алюминиевый провод придется брать сечением на «ступень» выше меди.
Например, необходимо запитать нагрузку в 5 кВт.
2. Окисление
И медь, и алюминий окисляются в процессе эксплуатации под действием воздуха. Однако у меди окисление происходит значительно медленней, и сама по себе пленка (зеленоватый налет) довольно легко разрушается, поэтому неплохо проводит ток (хотя проходимость немного ухудшается).
У алюминия же окисление происходит гораздо быстрее, а сама оксидная пленка очень плотная и плохо проводит ток. Окисленные соединения на скрутках, сжимах или клеммах чаще всего становятся причиной горения контакта. Удалить оксидную пленку можно кварцево-вазелиновой смазкой, но найти ее в магазинах не так-то просто, да и это дополнительные расходы и время на обслуживание.
3. Механическая прочность
Медный провод более гибкий и прочный, чем алюминиевый. В процессе монтажа жилы приходится изгибать, например, для соединения в распредкоробках и розетках. Медные жилы могут выдержать многоразовое изгибание без повреждения, а вот алюминиевые лишь 5 — 10 изгибаний, а дальше ломаются.
Особые проблемы алюминиевая проводка создает, когда нужно ремонтировать соединения в распредкоробках — старый алюминий уже имеет микротрещины, поэтому при одном неверном движении жила может обломаться и придется снимать часть штукатурки, чтобы вытащить хоть немного провода.
4. Теплопроводность
Данный параметр характеризует способность проводника рассеивать тепло. Чем выше коэффициент теплопроводности, тем лучше металл рассеивает тепло. У меди коэффициент теплопроводности составляет 389,6 Вт/м* °С, а у алюминия 209,3 Вт/м* °С. То есть медь почти в два раза лучше рассеивает тепло, чем алюминий. Особенно это важно в местах соединений, где провод греется сильнее всего.
Превосходство алюминия над медью для ЛЭП
Но алюминий вовсе не отправлен на пенсию: воздушные линии электропередач по-прежнему выполняют из этого металла. Стало быть, и у него есть преимущества? Конечно!
1. Вес
Вес во многом определяется исходя из плотности металла. Чем выше плотность, тем тяжелее проводник. Плотность меди составляет 8900 кг/м3, а алюминия 2700 кг/м3. То есть при равном объеме медный провод будет весить в 3,3 раза больше алюминиевого. Для домашней проводки это не критично, так как провод лежит в штробах, а для воздушной линии электропередач это важный показатель. Именно поэтому для ВЛЭП используют алюминиевый провод.
2. Цена
Здесь алюминий явный победитель. Все минусы алюминия сказались на относительно невысокой цене, которая примерно в 4 раза ниже цены на медь, поэтому воздушные линии, а также вводы в дом выполняют исключительно алюминиевым проводом.
Медные и алюминиевые провода: плюсы и минусы — Домострой
Когда-то практически вся проводка в нашей стране была алюминиевой. Такие провода еще можно встретить в домах старой застройки. Сейчас чаще монтируют медь. Но чем она лучше алюминия? И почему соединять медь и алюминий не рекомендуется? Для ответов на эти вопросы достаточно вспомнить школьную физику.
Чтобы понять, почему вообще в проводах используются определенные металлы, для начала разберемся — что такое электрический ток? Это направленное движение заряженных частиц (в металлах — электронов). Эти квазичастицы при перемещении сталкиваются с сопротивлением (противодействие проводника). Низкое сопротивление алюминия и еще меньшее меди — одна из основных причин их выбора для электропроводки. Далее другие факторы — стоимость, вес металлов и т.д.
Во времена СССР электрические потребности для жилья граждан
были существенно ниже сегодняшних. Розетки состояли максимум из двух гнезд. Из
электроприборов в квартирах и домах были плита, холодильник, у более зажиточных — телевизор, стиральная машина, пылесос.
Для таких нагрузок дешевого алюминия было достаточно.
Теперь телевизор в каждой комнате, есть минимум один компьютер, кухня нашпигована электроникой, имеются электрические системы отопления и т.д. И это изменило требования к проводке.
Фото: Dmitry G / CC BY-SA 3.0
Медь или алюминий?
Медные провода дороже, в среднем в три раза. Но не совсем корректно сравнивать цену за погонный метр одинакового сечения. У меди удельное сопротивление ниже, чем у алюминия. И если не уходить в формулы, то на практике: для включения одного и того же прибора можно использовать более тонкие медные провода.
Медные провода более гибкие и прочные. Медь способна пережить в несколько раз больше перегибов, чем алюминий. Но, возможно, это достоинство актуально не для всех случаев — провода, замурованные в стены, как правило, не подвергаются никаким систематическим сгибам.
Алюминий склонен к окислению. На поверхности этого металла
при взаимодействии с кислородом появляется пленка.
Она защищает от дальнейшего
распада, но сказывается на проводимости, поскольку имеет высокое сопротивление.
Это приводит к уменьшению полезного сечения, а также перегреву провода, от чего
металлическая жила со временем разрушается, ослабляются контактные соединения. Медь тоже окисляется, и на ней также образуется пленка, но она не сказывается на
проводимости.
Масса меди почти втрое больше алюминия. Но в случае с домашней электропроводкой это не столь важно. Вес имеет значение, скорее, в случае протяженных линий электропередач.
Медь, будучи более гибкой, удобна для монтажа. Это актуально если речь идет о розетке, подключении светильников и других подобных случаев, а также при излюбленном народом способе соединения скруткой. Однако если применяются оконцеватели, клеммники и др., то особых трудностей в соединении алюминия тоже нет.
Фото: Petar Miloevi / CC BY-SA 4.0
Почему нельзя соединять медь и аллюминий?
Соединять, в принципе, можно. Тем более, что в случае ремонта электрики в старых квартирах без этого не обойтись.
Вопрос в том — как это делать.
Если прибегнуть к скрутке, то есть прямому контакту, можно создать аварийную
ситуацию. Металлы с разным удельным сопротивлением будут перегреваться в месте соединения,
что грозит пожаром.
Специалисты настоятельно рекомендуют прибегать к другим способам. Например, использовать соединения типа «орешек», клеммные колодки или, хотя бы, соединять через болт.
Болтовое соединение подходит в тех случаях, когда провести работы нужно подручными материалами, без предварительных поездок в магазин. Оба провода накручиваются на болт с размещением между ними шайбы. Фиксируется конструкция гайками.
«Орешек» или «орех», это соединение тремя стянутыми пластинами, где провода вставляются сверху и снизу с разных сторон средней пластины.
Клеммные колодки — это планка из диэлектрического материала с металлическим элементом и зажимами внутри. Для соединения потребуется вставить провода с разных сторон и зажать их концы.
Фото: Original text: R. Roletschek
Реакция сульфата алюминия и меди(II) | Эксперимент
- Три из пяти
Попробуйте этот практический или демонстрационный урок, чтобы проиллюстрировать вытеснение меди из сульфата меди (II) с помощью алюминиевой фольги
В этом эксперименте учащиеся добавляют алюминиевую фольгу для приготовления пищи в раствор сульфата меди (II) и не наблюдают никакой реакции.
Затем они добавляют и растворяют хлорид натрия, вызывая бурную реакцию замещения, которая иллюстрирует реакционную способность алюминия. Раствор сильно нагревается, алюминий растворяется и становится видна красная медь.
Практическое занятие может занять около 30 минут. Флексикамер подойдет, если это нужно сделать в качестве демонстрации и дать учащимся более четкое представление о том, что происходит.
Оборудование
Аппарат
- Защита глаз (очки)
- Коническая колба, 100 см 3
Химикаты
- Алюминиевая фольга, 2 см x 2 см
- Раствор сульфата меди(II), 0,8 М (ВРЕДЕН), 20 см 3
- Хлорид натрия, 2–3 г
Примечания по охране труда и технике безопасности
- Прочтите наше стандартное руководство по охране труда и технике безопасности.
- Всегда используйте защитные очки (очки) и одноразовые нитриловые перчатки.
- Алюминиевая фольга, Al(s) – см.
CLEAPSS Hazcard HC001A. - Раствор сульфата меди(II), CuSO 4 (водн.), 0,8 M (ВРЕДЕН, ОПАСЕН ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ) – см. карточку опасности CLEAPSS HC027c и книгу рецептов CLEAPSS RB031.
- Хлорид натрия, NaCl(s), (поваренная соль) – см. карточку опасности CLEAPSS HC047b.
- Перед утилизацией убедитесь, что алюминиевая фольга полностью израсходована в результате реакции, чтобы предотвратить продолжение экзотермической реакции в мусорном баке. Используйте большое количество раствора сульфата меди (II) и хлорида натрия, чтобы обеспечить полноту реакции.
CLEAPSS Hazcard HC001A.Процедура
Источник: Королевское химическое общество
Оборудование, необходимое для иллюстрации реакции между сульфатом меди(II) и алюминием перед добавлением хлорида натрия для разрушения оксидного слоя на алюминиевой фольге
- Отмерьте примерно 20 см 3 раствора сульфата меди(II) в коническую колбу.
- Добавьте квадрат алюминиевой фольги.
- Ищите признаки реакции.
- Добавьте шпателем хлорид натрия и перемешайте до растворения.
- Обратите внимание на любые изменения. Если ничего не происходит, добавьте еще хлорида натрия. Произошло ли вытеснение меди из сульфата меди(II)?
Вопросы учащихся и пример таблицы
- Происходит ли какая-либо реакция перед добавлением хлорида натрия?
- После добавления хлорида натрия алюминий становится более или менее реактивным?
- Как влияет на это изменение добавление хлорида натрия?
- Напишите «да» или «нет», чтобы заполнить таблицу ниже.
| Наблюдения | До добавления хлорида натрия | После добавления хлорида натрия |
|---|---|---|
| Наблюдаемые пузыри | ||
| Изменение цвета | ||
| Изменение температуры | ||
| Медь наблюдалась |
Учебные заметки
Алюминий не проявляет свою истинную реакционную способность до тех пор, пока не будет нарушен оксидный слой.
Хлорид натрия нарушает этот оксидный слой. Царапины на поверхности оксидного слоя позволяют ионам хлорида вступать в реакцию с алюминием, что влияет на сцепление оксидного слоя. Это позволяет реагировать с сульфатом меди (II). Напомните учащимся, как выглядит медь, чтобы они знали, что ищут.
Ответы на вопросы учащихся
- Алюминий менее активен, чем медь. Алюминиевая фольга оказалась неспособной вытеснить медь из раствора сульфата меди(II).
- Теперь алюминий более реактивен, потому что он вытесняет медь. Алюминий + сульфат меди (II) → медь + сульфат алюминия
- Царапины на поверхности оксидного слоя позволяют ионам хлорида вступать в реакцию с алюминием, что влияет на когезионную способность оксидного слоя. Это позволяет провести простую реакцию обмена с сульфатом меди (II). Защитный оксидный слой образуется мгновенно, когда алюминий подвергается воздействию воздуха.
Дополнительная информация
Это ресурс проекта «Практическая химия», разработанного Фондом Наффилда и Королевским химическим обществом.