الألومنيوم هو أكثر العناصر وفرةً على سطح الأرض. وهو معدن أبيض فضيّ، لينٌ وقابلٌ للانحناء. ونظرًا لطبيعته الطيّعة، يُستخدم في صناعة الطائرات والسيارات، إذ يتحمل الضغط دون أن ينكسر. كما يستخدمه مُغلّفو المواد الغذائية في تغليفها. ويُستخدم الألومنيوم بكثرة في البناء، وغالبًا ما يُستخدم في صناعة النوافذ والأبواب.
الألومنيوم مشابه جدًا للفولاذ والنحاس الأصفر والنحاس الأصفر في تركيبه الفيزيائي والكيميائي والميكانيكي. غالبًا ما يُصهر ويُصب ويُشكل بنفس طريقة الفولاذ. يتميز بخفة وزنه، مما يجعله مختلفًا عن هذه المعادن. لهذا السبب، يُستخدم في البناء لخفض تكاليفه بشكل فعال.
يمكنك تعديل نقاط قوته المختلفة بتعديل سبائكه. وهو قابل للسحب، ما يعني إمكانية استخدامه في الأسلاك والإلكترونيات.
الألومنيوم كموصل
قبل أن نناقش الألومنيوم كموصل، دعونا نناقش موصلات الكهرباء.
أي شيء يسمح بتدفق الكهرباء بسلاسة عبره يُسمى موصلًا كهربائيًا. عند تعرضه للتيار الكهربائي، تصبح الإلكترونات أو الأيونات الحرة في الموصل حاملاتٍ للتيار، وتنقله بسرعة من إلكترون إلى آخر. الإلكترونات الحرة غير مرتبطة بأي ذرة أو رابطة تساهمية، بل تحمل الشحنة الكهربائية، مما يُسبب ظاهرة التيار الكهربائي. يحتوي الألومنيوم على ثلاثة إلكترونات من هذا النوع غير مرتبطة بأي رابطة، وتنقل الكهرباء بسهولة. عندما يُوجّه مصدر الطاقة الإلكترونات، تبدأ بالانتقال من طرف إلى آخر، من القطب السالب إلى القطب الموجب للمصدر.
يُعتبر الألومنيوم خيارًا ممتازًا كموصل للكهرباء، ولذلك يستخدمه الكهربائيون في الإلكترونيات. تبلغ موصليته الكهربائية 3.5 × 107 سيمنز/متر عند 20 درجة مئوية. ويُستخدم أيضًا في خطوط نقل الطاقة الرئيسية. ويحتل المرتبة الرابعة في قائمة موصلات المعادن، تليها الفضة والنحاس والذهب. لا يُستخدم الفضة والذهب لارتفاع سعرهما، لذا يُعد الألومنيوم الخيار الأمثل نظرًا لتدفقه الحر. يُستخدم النحاس أيضًا بكثرة كموصل، ولكن يُفضل الألومنيوم نظرًا لوزنه الخفيف، وبالتالي فهو أكثر توافقًا.
لماذا يعد الألومنيوم المعدن الأكثر استخدامًا كموصل؟
من المثير للدهشة أن النحاس (الذي يحتوي على ثمانية إلكترونات حرة لضمان التدفق المثالي للتيار) ليس الموصل الأكثر استخدامًا، بل الألومنيوم. هناك خصائص أخرى تجعل الألومنيوم خيارًا جيدًا.
1. مقاومة منخفضة
مقاومة المعدن يشير إلى خاصية التأثير المعاكس لموصليته. يتميز الألومنيوم بمقاومته المنخفضة، مما يجعله موصلًا جيدًا جدًا. يمكن قياس مقاومته الكهربائية بـ 2.82 × 10-8 أوم-متر، وهي قيمة منخفضة جدًا بالنسبة للمعادن.
2. اللدونة
يتميز الألومنيوم بكثافة ونقطة انصهار منخفضة، مما يعني أنه يمكنك تشكيله بأي شكل تقريبًا. كما يمكنك أيضًا تصنيع الألومنيوم بأي شكل. يمكنك استخدام سبائك ألومنيوم مختلفة في تطبيقات مختلفة حسب الحاجة. بفضل هذه الخاصية، يمكن تشكيل الألومنيوم بأي شكل لتكوين سلك جيد موصل للكهرباء.
3. القوة في درجات الحرارة المنخفضة
طبيعة الألومنيوم القابلة للطرق والسحب تسمح له بالانحناء، وتساعده متانته على الحفاظ على شكله دون أن ينكسر. وعلى عكس الفولاذ والمعادن الأخرى، يحافظ الألومنيوم على بنيته دون أن ينكسر في درجات الحرارة المنخفضة. أما الفولاذ فيصبح هشًا عند تعرضه لدرجات حرارة منخفضة. وهذه الخاصية مهمة كموصل لأي معدن.
4. مقاومة للتآكل
يصعب على المعادن مقاومة التآكل عند تعرضها للهواء والماء، لكن الألومنيوم مقاومٌ للغاية للتآكل. يُنتج طبقةً أكسيديةً رقيقةً تُصبح طبقةً واقيةً تحميه من التآكل. هذه الخاصية مهمةٌ للموصل الجيد. لا يُمكننا ترك أسلاكنا تصدأ. لا يُستخدم الفولاذ والحديد كموصلاتٍ نظرًا لارتفاع عُرضتهما للتآكل.
5. غير مغناطيسي
إذا كان الموصل مغناطيسيًا، فستبدأ الأسلاك بالالتصاق ببعضها، وهو أمر غير جيد. الألومنيوم غير مغناطيسي، مما يجعله موصلًا جيدًا. هذه الخاصية تجعله مثاليًا للألواح الكهربائية، مثل أقراص الكمبيوتر، وهوائيات الأطباق، وقضبان التوزيع.
6. ممتص للصدمات ولا يسبب الشرر
يتميز الألومنيوم بقدرته الفائقة على امتصاص الصدمات، مما يجعله سببًا آخر لاستخدامه بكثرة. كما أنه لا يُصدر شرارات، فلا يُنتج أي شرارات عند ملامسته لنفسه أو لأي جسم حديدي. هذه الخاصية مفيدة للغاية كموصل كهربائي. عند مرور الكهرباء عبره، يجب ألا يُصدر المعدن شرارات، وإلا فسيكون حدوث قصر كهربائي خطيرًا. كما أنه مُمتص للصدمات ويُستخدم في الأجهزة الثقيلة دون خوف من الكسر أو الشرر.
التطبيقات التي تستخدم الألومنيوم كموصل كهربائي
له استخدامات عديدة كموصل، ويُستخدم في:
- شبكات المرافق
بفضل وزنه الخفيف وسعره المناسب، يُعد الألومنيوم الخيار الأمثل كموصل. فهو أخف وزنًا بنصف وزن النحاس، كما أن سعره أقل بكثير.
- الأسلاك الكهربائية
بسبب نسبة التوصيل الأفضل إلى الوزن، يتم تفضيله على الأسلاك النحاسية ويُستخدم على نطاق واسع في المساكن والطائرات والمباني والأجهزة.
- قضبان التوصيل الكهربائية
تُستخدم قضبان التوزيع الكهربائية لتوزيع الكهرباء على الدوائر المختلفة داخل المباني. ويُفضل استخدام الألومنيوم لخفة وزنه.
تأثير تشطيب الألومنيوم على التوصيل الكهربائي
خاتمة
الألومنيوم موصل جيد للكهرباء بفضل وجود كميات هائلة من الإلكترونات غير الموضعية فيه. موصليته أقل من النحاس، ولكن نظرًا لوزنه الخفيف، يفضله المهندسون عنه. كما يتميز بالعديد من الخصائص الأخرى، منها انخفاض مقاومته وعدم تسببه في الشرر، مما يجعله خيارًا جيدًا كموصل. كما أن مقاومة الألومنيوم للتآكل تجعله مرشحًا جيدًا ليكون موصلًا طويل الأمد. ومن أهم خصائص الألومنيوم الموصلة: وزنه الخفيف، وتكلفته المنخفضة، ومقاومته المنخفضة، ومقاومته للتآكل.
AR 
EN 
ES 
RU