У нашому повсякденному житті дроти та кабелі, з якими ми стикаємося, насправді приховують боротьбу за вибір матеріалу. Не всі метали можуть виконувати завдання забезпечення плавного протікання струму. Отже, хто найбільше підходить? Відповідь неминуче стосується срібла, міді та алюмінію.
Срібло має найсильнішу електропровідність. Теоретично використання срібла для кабелів може змусити електрони мчати, як гоночні автомобілі. Однак проблема в тому, що срібло занадто дороге. Більшість людей не можуть собі цього дозволити. Лише ті пристрої з надзвичайно високими вимогами до сигналу, як-от деякі аудіокабелі та важливі інструменти, готові використовувати срібло. Частіше люди вибирають мідь. Мідь має показник електропровідності, який поступається лише сріблу, а також довговічна та проста в обробці. Електростанції, телекомунікації та побутові мережі, у цих магістралях здебільшого домінує мідь.
Провідність алюмінію становить лише близько 60% провідності міді. Здається, трохи не вистачає? Але алюміній легкий, його щільність становить лише-третину від міді. Це також коштує менше з точки зору вартості. Наприклад, у -високогірних лініях електропередачі та над-електропередачі надвисокої напруги замість міді використовується алюміній, оскільки збільшення відстані та зменшення ваги важливіші, ніж провідність. Крім того, алюмінієві сплави також можуть армувати. У багатьох регіонах Австралії та Північної Америки багато повітряних ліній електропередач віддають перевагу алюмінію.
Властивості самого матеріалу визначають нижню лінію провідника. На атомному рівні, чим активніші зовнішні електрони, тим більше матеріал може пропускати струм швидше. Але правда не така проста. Зі збільшенням чистоти продуктивність покращується. Незалежно від того, чи це мідь, чи алюміній, чим більше домішок, це схоже на те, щоб затиснути купу перешкод на шосе. Коли електрони стикаються з атомами кисню, фосфору та інших домішок на півдорозі, вони «застряють», і опір одразу зростає. Безкиснева-мідь високої-чистоти може ретельно очищати ці домішки, тому вона дуже популярна в аудіо та вимірювальних кабелях.
Коли справа доходить до обробки, різні процеси також роблять матеріали по-різному. Наприклад, при витягуванні міді кристалічна структура подовжується, виникають різні дефекти та спотворення. Ці деформовані області є ворогами електронів з високою ймовірністю розсіювання та високим опором. Обробка відпалом може «виправити» ці дефекти, зробивши зерна грубішими та одноріднішими, а провідність знову -підвищиться. Тут полягає різниця між «м’якою міддю» та «твердою міддю» на ринку. М'яка мідь є результатом відпалу, і її провідність краща.
Коли йдеться про передачу сигналів змінного струму, особливо високо-частотних сигналів, струм більше не розподіляється рівномірно, а концентрується на поверхні провідника. Це називається скін-ефектом. Коли сигнал поширюється по поверхні, показники провідності поверхневого шару матеріалу стають більш важливими. Тому багато радіочастотних кабелів вибирають композитну структуру з мідного-алюмінію або срібної-міді. Це може забезпечити високу провідність на зовнішньому шарі, одночасно контролюючи вартість і вагу. Наприклад, цей композитний кабель все частіше використовується в електропроводці центрів обробки даних і високочастотному-обладнанні.
Вибір різних диригентських матеріалів залежить не тільки від того, хто диригує швидше, але й від фактичних вимог сцени та бюджету. Інженерам часто доводиться знаходити трикутний баланс між ефективністю, надійністю та економічністю. Наприклад, у сигнальних лініях міського метро не можна використовувати алюміній, оскільки міцність на розрив і стабільність сигналу є найважливішими. Але на далеких-лініях електропередач у сільській місцевості алюміній стає кращим вибором. Наприклад, деякі лінії електропередач японського шинкансену також використовують конструкцію алюмінію, покритого міддю, що врівноважує міцність і передачу.
Не тільки кабельна, але й електротехнічна промисловість має нові тенденції. У сфері електромобілів попит на легкі кабелі призвів до популяризації алюмінієвих кабелів, але деякі високо-автомобілі з новою енергією все ще наполягають на використанні-високочистої міді. Деякі люди кажуть, що алюміній замінить мідь, але насправді обидва мають своє застосування.
