Nella nostra vita quotidiana, i fili e i cavi che incontriamo nascondono in realtà una battaglia sulla selezione dei materiali. Non tutti i metalli possono svolgere il compito di consentire alla corrente di fluire senza intoppi. Allora chi è il più adatto? La risposta coinvolge inevitabilmente argento, rame e alluminio.
L'argento ha la conduttività più forte. In teoria, l'uso dell'argento per i cavi può far correre gli elettroni come auto da corsa. Tuttavia, il problema è che l’argento è troppo costoso. La maggior parte delle persone non può permetterselo. Solo i dispositivi con requisiti di segnale estremamente elevati, come alcuni cavi audio di alta qualità e strumenti importanti, sono disposti a utilizzare l'argento. Più spesso le persone scelgono il rame. Il rame ha un tasso di conduttività secondo solo all'argento ed è anche durevole e facile da lavorare. Centrali elettriche, telecomunicazioni e circuiti domestici: queste linee principali sono per lo più dominate dal rame.
La conduttività dell'alluminio è solo circa il 60% di quella del rame. Sembra che manchi un po'? Ma l'alluminio è leggero, con una densità pari solo a un-terzo di quella del rame. Costa anche meno in termini di costi. Ad esempio, nelle linee elettriche ad alta-altitudine e nella trasmissione di energia ad altissima-tensione, invece di utilizzare il rame, viene utilizzato l'alluminio perché l'estensione della distanza e la riduzione del peso sono più importanti della conduttività. Inoltre, le leghe di alluminio possono anche rinforzarsi. In molte regioni dell'Australia e del Nord America, molte linee elettriche aeree preferiscono l'alluminio.
Le proprietà del materiale stesso determinano la linea di fondo del conduttore. A livello atomico, più attivi sono gli elettroni esterni, più il materiale può consentire alla corrente di fluire rapidamente. Ma la verità non è così semplice. All'aumentare della purezza, le prestazioni migliorano. Che si tratti di rame o alluminio, più impurità ci sono, è come se un mucchio di ostacoli si accumulassero sull'autostrada. Quando gli elettroni incontrano a metà strada gli atomi di ossigeno, fosforo e altre impurità, rimarranno "bloccati" e la resistenza aumenterà immediatamente. Il rame ad alta-purezza e privo di ossigeno-può eliminare a fondo queste impurità, per questo è molto utilizzato nei cavi audio e di misurazione.
Quando si tratta di lavorazione, processi diversi fanno sì che i materiali abbiano prestazioni diverse. Ad esempio, quando si trafila il rame, la struttura cristallina si allunga e si verificano vari difetti e distorsioni. Queste aree deformate sono nemiche degli elettroni, con un'elevata probabilità di diffusione e un'elevata resistenza. Il trattamento di ricottura può "riparare" questi difetti, rendendo i grani più grossolani e uniformi e la conduttività viene -migliorata. La differenza tra "rame tenero" e "rame duro" sul mercato sta qui. Il rame tenero è il risultato della ricottura e la sua conduttività è migliore.
Nella trasmissione di segnali di corrente alternata, in particolare di segnali ad alta-frequenza, la corrente non si distribuisce più in modo uniforme ma si concentra sulla superficie del conduttore. Questo è chiamato effetto pelle. Quando il segnale viaggia sulla superficie, le prestazioni di conduttività dello strato superficiale del materiale diventano più importanti. Pertanto, molti cavi a radiofrequenza scelgono una struttura composita di alluminio rivestito in rame-o rame rivestito in argento-. Ciò può garantire un'elevata conduttività sullo strato esterno controllando costi e peso. Ad esempio, nel cablaggio dei data center e nella trasmissione di apparecchiature ad alta-frequenza, questo cavo composito è sempre più utilizzato.
La scelta dei diversi materiali del conduttore non si basa solo su chi dirige più velocemente, ma anche sulle effettive esigenze della scena e del budget. Gli ingegneri spesso devono trovare un equilibrio triangolare tra efficienza, affidabilità ed economia. Ad esempio, nelle linee di segnale della metropolitana urbana, l’alluminio non può essere utilizzato perché la resistenza alla trazione e la stabilità del segnale sono le più importanti. Ma nelle linee di trasmissione di energia a lunga-distanza nelle aree rurali, l'alluminio diventa la scelta preferita. Ad esempio, alcune linee elettriche dello Shinkansen giapponese adottano anche una struttura in alluminio rivestito in rame-, bilanciando resistenza e trasmissione.
Non solo i cavi, ma anche l'industria elettrica ha nuove tendenze. Nel campo dei veicoli elettrici, la richiesta di leggerezza ha portato alla diffusione dei cavi in alluminio, ma alcuni-veicoli di nuova energia di fascia alta insistono ancora nell'utilizzare rame ad alta-purezza. Alcuni dicono che l’alluminio sostituirà il rame, ma in realtà entrambi hanno i loro usi.
