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Vous connaissez peut-être mieux le cuivre métallique des vieux sous, qui sont faits de cuivre et d’autres métaux. Mais le cuivre joue de nombreux rôles cruciaux dans le monde entier en raison de ses propriétés uniques. L'une de ces propriétés est sa conductivité, ou sa capacité à conduire l'électricité. La haute conductivité du cuivre le rend idéal pour des applications électriques.
TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
Le cuivre est un métal non précieux de couleur rouge-or présentant une conductivité électrique élevée. En fait, la conductivité du cuivre est si élevée qu’il est considéré comme la référence par rapport aux autres métaux et alliages non précieux. La conductivité du cuivre est affectée par l'ajout d'autres métaux pour fabriquer des alliages.
Propriétés du cuivre
Le cuivre est un métal attrayant de couleur rouge-or. Il tire son nom du cuivre d'après le vieux mot anglais «coper», qui provient de «Cyprium aes», qui est le mot latin pour un métal de Chypre. Le symbole atomique du cuivre est «Cu» et son numéro atomique est 29. Le cuivre a été le premier métal utilisé par l’être humain. Finalement, les gens ont découvert que, s’ils combinaient le cuivre et l’étain en métal, ils pourraient fabriquer un nouveau type de métal appelé bronze. Ceci a lancé ce que nous appelons l'âge du bronze, dans lequel la civilisation a progressé à l'aide du cuivre métallique. Le bronze était utilisé dans la monnaie et des outils qui ont contribué à changer la société.
Le cuivre se trouve souvent à côté du soufre. Les sources importantes de cuivre comprennent la chalcopyrite et la bornite. Le cuivre est extrait du minerai de sulfure de cuivre extrait par fusion, puis raffinage par électrolyse.
Une propriété utile du cuivre est sa ductilité, ou sa capacité à être étiré. Le cuivre peut être tiré et tordu, mais il ne se cassera pas. Cela le rend idéal pour une utilisation en tant que fil. Le cuivre est un métal malléable, ce qui signifie qu'il peut être facilement façonné et manipulé. En tant que tel, il est un peu mou. Une autre propriété du cuivre est son excellente capacité à conduire la chaleur. Le cuivre ne succombe pas à la corrosion comme certains autres métaux, ni ne s'oxyde ni ne rouille comme le fer. En fait, le cuivre résiste à de nombreux composés organiques et sa propriété la plus précieuse est peut-être sa haute conductivité.
Le cuivre est un excellent métal pour l'usinage et l'assemblage, car il est facile à façonner et à souder. De plus, une excellente et précieuse propriété du cuivre est sa capacité à être recyclé. Peu importe si une source de cuivre provient d'une mine ou de matériaux de recyclage. Ses nombreuses propriétés utiles restent quelle que soit sa source.
Les alliages sont des mélanges de métaux, tels que le mélange de cuivre et d'étain pour fabriquer le bronze, un métal plus dur que le cuivre. Les alliages métalliques possèdent certaines des mêmes propriétés que leurs métaux de base, mais leur comportement peut également être très différent. Les mélanges d'alliages peuvent affecter la conductivité électrique des métaux, par exemple. La combinaison de divers métaux avec le cuivre donne des caractéristiques uniques à chaque alliage. Lorsque le cuivre est combiné à l’argent, l’alliage obtenu possède bon nombre des mêmes caractéristiques que le cuivre pur. Mais si le cuivre est combiné au phosphore, l’alliage résultant se comporte de manière tout à fait différente.
Différents alliages de cuivre ont des utilisations différentes. Très souvent, les alliages sont fabriqués soit pour renforcer le cuivre, soit pour augmenter ses qualités de conductivité électrique.
Conductivité du cuivre
La conductivité des métaux fait référence à la capacité des métaux à conduire l'électricité. La conductivité peut changer avec l'ajout d'autres métaux, comme lors de la fabrication d'alliages. Le métal avec la plus grande conductivité est l'argent, un métal précieux. Le coût de l'argent l'empêche d'être économiquement viable pour des utilisations électriques à grande échelle. Parmi les métaux non précieux, la conductivité du cuivre ou du cuivre est la plus élevée. Cela signifie que le cuivre peut transporter plus de courant électrique que d'autres métaux non précieux. En fait, la conductivité des autres métaux non précieux est comparée à celle du cuivre car le cuivre est devenu le standard ultime.
La norme de conductivité est appelée norme internationale du cuivre recuit, ou IACS. Le pourcentage de SACI d’une substance fait référence à sa conductivité électrique, et le pourcentage de SICAC en cuivre pur est considéré à 100%. En revanche, la conductivité de l'aluminium se situe à 61% de l'IACS. La conductivité de Cu est affectée par l'addition de divers métaux pour former des alliages. Les alliages de cuivre contenant plus de 99,3% de cuivre sont appelés «cuivres». Certains alliages contiennent des pourcentages très élevés de cuivre, et ceux-ci sont appelés «alliages à haute teneur en cuivre». Bien que le pourcentage de cuivre affecte la conductivité du type de matériaux avec lesquels il est combiné. Un compromis se produit généralement lorsque les alliages cuivrés sont renforcés. Généralement, ces alliages ont une conductivité inférieure.
Cu-ETP (Electronic Touch Pitch) possède une technologie IACS à 100% et désigne le type de cuivre utilisé dans les fils, les câbles et les barres omnibus. Le cuivre coulé, ou Cu-C, est composé à 98% d'IACS et présente donc une conductivité élevée. Lorsque l’on ajoute de l’étain, du magnésium, du chrome, du fer ou du zirconium pour fabriquer des alliages avec du cuivre, la résistance du métal augmente, mais sa conductivité diminue. Par exemple, le cuivre-étain ou CuSnO.15 a une conductivité en Cu aussi basse que 64% de l'IACS. Selon la fonction de l'alliage, la conductivité en Cu peut chuter considérablement. Il existe encore des alliages offrant à la fois une bonne usinabilité et une conductivité élevée. Parmi ses exemples, citons les alliages de cuivre-tellure (CuTep) et de cuivre-soufre (CuSP). Leurs conductivités vont de 64 à 98% IACS. Ces alliages s'avèrent très utiles pour les montages de semi-conducteurs et les pointes de soudage par résistance. Parfois, les matériaux à base de cuivre nécessitent une dureté et une résistance élevées avec une conductivité modérée en Cu; un exemple est un mélange de cuivre, de nickel et de silicium, qui donne une conductivité en cuivre de 45 à 60% de l'IACS. Du côté de la conductivité basse, les laitons sont des alliages de cuivre qui sont excellents pour la coulée. Leur pourcentage d'IACS oscille autour de 20. Un exemple de ces alliages à faible conductivité en Cu est le cuivre-zinc. Parfois, un alliage équilibré fournit une conductivité en Cu faible à modérée, ce qui est utile pour les besoins électriques. Les laitons de cuivre-zinc appartiennent à cette catégorie et leur conductivité est comprise entre 28 et 56% IACS. La polyvalence même du cuivre et sa capacité à former des alliages utiles avec autant de métaux différents est incroyable.
La conductivité du cuivre étant si élevée, sa capacité à transmettre de la chaleur est également très élevée. Pour fabriquer des alliages de cuivre à haute conductivité, il faut que les alliages soient résistants à la surchauffe lorsqu'ils transportent du courant électrique. Ceci est crucial dans la transmission d'énergie, car une chaleur plus élevée affectera la résistance.
Utilisations du cuivre
Le cuivre est utilisé de nombreuses manières, à la fois physiquement et biologiquement. Il est également utilisé dans l'agriculture comme un poison. Les solutions de cuivre sont couramment utilisées dans le cadre des tests chimiques. Dans le corps, le cuivre joue un rôle essentiel dans le transfert d'énergie dans les cellules. Certains crustacés utilisent même le cuivre au lieu du fer comme principal transporteur d'oxygène.
Le cuivre est bien sûr utilisé pour fabriquer des pièces de monnaie; pennies plus âgés sont un exemple. En fait, la plupart des pièces contiennent au moins un peu de cuivre.
Le cuivre est principalement utilisé pour le transport et la livraison d’électricité à toutes les tâches de la vie courante. Le cuivre est largement utilisé dans le câblage électrique, la construction, les machines, les télécommunications, le transport de l'énergie, les transports et autres utilisations industrielles. Il peut être utilisé pour les câbles, les transformateurs et les connecteurs. Le cuivre est également utilisé dans les ordinateurs et les microcircuits.
À mesure que le marché de l'énergie durable se développe, la demande de cuivre augmente également. Le cuivre est extrêmement utile dans de nombreux domaines et peut également être recyclé à plusieurs reprises. C'est donc un élément clé des systèmes d'énergie renouvelable. En fait, les industries des véhicules solaires, éoliens et électriques comptent sur le cuivre pour les connecter au réseau électrique. Les véhicules électriques nécessitent beaucoup plus de cuivre que les véhicules à essence. La haute conductivité du cuivre le rend extrêmement efficace. Il semble approprié que le métal le plus ancien utilisé par l'homme continue à offrir des avantages dans le futur.