우리가 일상에서 접하는 전선과 케이블에는 실제로 소재 선택을 위한 싸움이 숨겨져 있습니다. 모든 금속이 전류를 원활하게 흐르게 하는 작업을 수행할 수 있는 것은 아닙니다. 그렇다면 누가 가장 적합합니까? 대답은 필연적으로 은, 구리, 알루미늄과 관련이 있습니다.
은은 전도성이 가장 강합니다. 이론적으로 케이블에 은을 사용하면 전자가 경주용 자동차처럼 경주할 수 있습니다. 그러나 문제는 은이 너무 비싸다는 것이다. 대부분의 사람들은 그것을 감당할 여유가 없습니다. 특정 최고급 오디오 케이블 및 중요한 악기와 같이 신호 요구 사항이 극도로 높은 장치만 기꺼이 은을 사용합니다. 더 자주 사람들은 구리를 선택합니다. 구리는 은 다음으로 전도성이 높으며 내구성이 뛰어나고 가공도 쉽습니다. 발전소, 통신, 가정용 회로 등 이러한 주요 라인은 대부분 구리로 구성됩니다.
알루미늄의 전도성은 구리의 약 60%에 불과합니다. 좀 부족한 것 같나요? 그러나 알루미늄은 밀도가 구리의 1/3-에 불과할 정도로 가볍습니다. 비용면에서도 비용이 적게 듭니다. 예를 들어, 고-고도 송전선이나 초고압 송전에서는 구리 대신 알루미늄을 사용하는데, 이는 전도성보다 거리 연장과 무게 감소가 더 중요하기 때문입니다. 또한, 알루미늄 합금도 강화할 수 있습니다. 호주와 북미의 많은 지역에서는 많은 가공 전력선이 알루미늄을 선호합니다.
재료 자체의 특성이 도체의 최종 결과를 결정합니다. 원자 수준에서 외부 전자의 활성이 높을수록 물질이 전류를 더 빨리 흐르게 할 수 있습니다. 그러나 진실은 그렇게 간단하지 않습니다. 순도가 높을수록 성능이 향상됩니다. 구리든 알루미늄이든 불순물이 많을수록 고속도로에 장애물이 잔뜩 쌓이는 것과 같습니다. 전자가 중간에 산소, 인 및 기타 불순물 원자를 만나면 "고착"되고 저항이 즉시 상승합니다. 고순도-무산소-동은 이러한 불순물을 철저하게 제거할 수 있어 오디오 및 측정용 케이블로 많이 사용됩니다.
가공과 관련하여 공정에 따라 재료의 성능도 달라집니다. 예를 들어 구리를 연신하면 결정구조가 늘어나 각종 결함과 뒤틀림이 발생한다. 이러한 변형된 영역은 산란 확률이 높고 저항이 높아 전자의 적입니다. 어닐링 처리는 이러한 결함을 "수정"하여 입자를 더 거칠고 균일하게 만들고 전도도를 향상시킵니다-. 시중에서 판매되는 "연성 구리"와 "경질 구리"의 차이는 여기에 있습니다. 부드러운 구리는 어닐링의 결과이며 전도성이 더 좋습니다.
교류 신호, 특히 고주파 신호 전송 시 전류는 더 이상 균일하게 분배되지 않고 도체 표면에 집중됩니다. 이것을 표피효과라고 합니다. 신호가 표면을 따라 이동할 때 재료 표면층의 전도성 성능이 더욱 중요해집니다. 따라서 많은 무선 주파수 케이블은 구리-클래드 알루미늄 또는 은-클래드 구리의 복합 구조를 선택합니다. 이를 통해 비용과 무게를 제어하면서 외부 레이어의 높은 전도성을 보장할 수 있습니다. 예를 들어, 데이터 센터 배선 및 고주파수 장비 전송에서 이 복합 케이블의 사용이 점점 더 늘어나고 있습니다.
다양한 도체 재료의 선택은 누가 더 빨리 지휘하는지에 따라 결정될 뿐만 아니라 현장의 실제 요구 사항과 예산에 따라 결정됩니다. 엔지니어는 효율성, 신뢰성, 경제성 사이에서 삼각 균형을 유지해야 하는 경우가 많습니다. 예를 들어 도시 지하철의 신호선에는 알루미늄을 사용할 수 없다. 인장강도와 신호 안정성이 가장 중요하기 때문이다. 그러나 시골 지역의 장거리 송전선에서는 알루미늄이 선호됩니다. 예를 들어, 일본 신칸센의 일부 전력선도 구리- 피복 알루미늄 구조를 채택하여 강도와 전달의 균형을 유지합니다.
케이블뿐만 아니라 전기산업에도 새로운 트렌드가 나타나고 있습니다. 전기 자동차 분야에서는 경량화에 대한 요구로 인해 알루미늄 케이블이 대중화되었지만 일부 고급-신에너지 자동차는 여전히 고순도 구리 사용을 고집하고 있습니다.- 어떤 사람들은 알루미늄이 구리를 대체할 것이라고 말하지만 실제로는 둘 다 나름대로의 용도가 있습니다.
