Алюминий в электротехнике, электрике и просто в жизни

Общие сведения об алюминии

• Название элемента: Алюминий

• Атомный номер: 13

• Атомная масса: 26,9815 (иногда округляется до 27)

• Химический символ: Al

• Молярная масса алюминия: 27 г/моль

• Электронная конфигурация: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹

• Степень окисления: +3 (самая стабильная)

• Изотопы: Основной и стабильный - алюминий-27

• Плотность алюминия: 2,7 г/см³ или 2700 кг/м³

• Температура плавления: ~660 °C

• Удельное сопротивление: 2,65×10⁻⁸ Ом·м

• Удельная теплоёмкость: 0,9 Дж/(г·К)

• Цвет: серебристо-белый

• Характеристика: легкий, немагнитный, коррозионно-стойкий (благодаря оксидной плёнке)

Алюминий в природе и промышленности

В природе алюминий встречается в виде соединений: боксит, нефелин, каолин. В свободном виде в земной коре не встречается. Получают его электролизом расплава глинозёма (Al₂O₃) в криолите Na₃AlF₆ - метод довольно энергоёмкий, но массовый.

Производство алюминия:

1. Обогащение бокситов

2. Получение глинозема

3. Электролиз - алюминий на катоде, кислород на аноде

Где используется алюминий

• Электрические провода и кабели

• Корпуса трансформаторов

• Обмотки сухих трансформаторов

• Радиаторы охлаждения

• Легкие конструкции (в том числе анодированный алюминий)

• Фольга, рамы, профили, ложки и вилки - да, они тоже

Алюминий в электрике

Преимущества:

• Лёгкий - в 3 раза легче меди

• Хорошая проводимость (на 35% ниже меди, но при том же весе - выгоднее)

• Не магнитится

• Устойчив к атмосферной коррозии

Пример расчёта: сопротивление алюминия

Удельное сопротивление алюминия - 2,65×10⁻⁸ Ом·м. Если у нас есть алюминиевый провод длиной 100 м и сечением 16 мм², то его сопротивление будет:

R = ρ · l / S = 2,65·10⁻⁸ · 100 / (16·10⁻⁶) ≈ 0,1656 Ом

Использование алюминиевых проводов и их особенности

В быту алюминиевые провода часто применялись в старых домах - в частности в розеточных и осветительных линиях. Они дешёвые, лёгкие, но... хрупкие. Все, кто когда-либо подключал люстру в хрущёвке, наверняка сталкивались с тем, как алюминиевый провод может просто отломиться у самого винта клеммы. Это связано с тем, что алюминий склонен к старению, образованию микротрещин и выгоранию на контактах. В зоне скрутки или клеммного соединения металл может разрушиться со временем - особенно при частом нагреве и остывании.

Скрутки медь + алюминий: как правильно

Категорически не рекомендуется просто скручивать медный и алюминиевый провод. Это разные по электропотенциалу металлы, между которыми возникает гальваническая пара, особенно при наличии влаги. А значит - коррозия, разогрев, разрушение.

Как делать правильно:

• Через клеммник WAGO, рассчитанный на соединение Cu+Al

• Через болтовое соединение с шайбами и переходником (например, латунный элемент)

• Через гильзу и опрессовку специальным инструментом

Никаких "скрутил, изолентой замотал и нормально" - это только до первого нагрева.

Алюминий в промышленных установках

На ТЭЦ алюминий вполне себе уместен. Особенно в шинах 0,4 кВ, где важна масса, цена и достаточная токопроводимость. Шины делаются из алюминиевого профиля, иногда анодированного - чтобы не окислялся в местах контакта. При правильном монтаже работает годами без проблем.

А ещё, как говорят на подстанциях, алюминий хорош тем, что его не так воруют, как медь. Потому что вес есть, а выручки мало - неинтересно.

Химические свойства алюминия

Алюминий - активный металл. Легко вступает в реакции, особенно в порошковом виде (вспоминаем термитную смесь).

Реакции с:

• Кислородом:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

• Водой:

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

• Кислотами: Реагирует, образуя соли: хлорид, нитрат, сульфат и т.д.

Алюминий и его соединения

Строение атома алюминия

• 13 протонов

• 13 электронов (распределение 2, 8, 3)

• 14 нейтронов (для изотопа Al-27)

Электронная формула:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹

Сплавы и обработка алюминия

Популярные марки:

• АМг - алюминий + магний

• Д16 - алюминий + медь

• АД1, АД31 - профили

• Литой алюминий - корпуса, детали

Сварка алюминия

• Аргон (TIG, MIG)

• Спецэлектроды

• Обязательная зачистка от оксидной плёнки

Алюминий в быту и на приёмке

• Сколько стоит 1 кг алюминия?

  • От 100 до 200 рублей за новый

  • Лом дешевле, особенно при опте

• Прием алюминия: профиль, рифленый, пищевой, литой, анодированный

Алюминий - лёгкий, недорогой и надёжный металл. Его любят в кабелях, трансформаторах, посуде и профилях. А если к нему подойти с умом - может быть не хуже меди, особенно в правильных условиях.

Так что если у вас остался листовой алюминий, кусок провода или старая кастрюля - не спешите выбрасывать. Либо в дело, либо на приёмку - и польза, и выгода.

Вопросы-ответы про алюминий