私たちが日常生活で目にする電線やケーブルには、実は素材選びをめぐる戦いが隠れています。すべての金属が電流をスムーズに流すという役割を果たすことができるわけではありません。それで、誰が最も適しているでしょうか？その答えには必然的に銀、銅、アルミニウムが関係します。
銀は最も強い導電性を持っています。理論的には、ケーブルに銀を使用すると、電子をレーシングカーのようにレースさせることができます。ただし、問題は銀が高価すぎることです。ほとんどの人はそれを買う余裕がありません。特定のトップオーディオケーブルや重要な楽器など、非常に高い信号要件を必要とするデバイスのみが、銀の使用を受け入れます。多くの場合、人々は銅を選択します。銅は銀に次ぐ導電率を持ち、耐久性があり加工も容易です。発電所、電気通信、家庭用回線など、これらの幹線はほとんどが銅で占められています。
アルミニウムの導電率は銅の約 60% にすぎません。ちょっと物足りないような？しかし、アルミニウムは軽量で、密度は銅のわずか 3 分の 1 です。-コスト面でも安く済みます。たとえば、高地送電線や超高圧送電では、導電性よりも距離の延長と軽量化が重要であるため、銅の代わりにアルミニウムが使用されます。-さらに、アルミニウム合金も補強できます。オーストラリアと北米の多くの地域では、多くの架空送電線にアルミニウムが好まれています。
材料自体の特性が導体の収益を決定します。原子レベルでは、外側の電子が活発であればあるほど、材料は電流を速く流すことができます。しかし、真実はそれほど単純ではありません。純度が上がると性能が向上します。銅であれアルミニウムであれ、不純物が多ければ多いほど、高速道路にたくさんの障害物を詰め込むようなものです。電子が途中で酸素、リン、その他の不純物原子に遭遇すると、「スタック」され、抵抗がすぐに上昇します。高純度の無酸素銅-はこれらの不純物を徹底的に除去できるため、オーディオ ケーブルや測定ケーブルで非常に人気があります。
加工に関して言えば、プロセスが異なれば材料の性能も異なります。例えば、銅を引き抜くと結晶構造が伸び、さまざまな欠陥や歪みが発生します。これらの変形領域は電子にとって敵であり、散乱確率と抵抗が高くなります。アニーリング処理によりこれらの欠陥を「修正」し、粒子をより粗く均一にし、導電性を強化します。-市場における「軟銅」と「硬銅」の違いはここにあります。柔らかい銅は焼きなましの結果であり、その導電性はより優れています。
交流信号、特に高周波信号の伝送に関しては、電流は均一に分布せず、導体の表面に集中します。{0}これを表皮効果といいます。信号が表面を伝わる場合、材料の表面層の導電性能がより重要になります。したがって、多くの無線周波数ケーブルは、銅-被覆アルミニウムまたは銀-被覆銅の複合構造を選択しています。これにより、コストと重量をコントロールしながら、外層の高い導電性を確保できます。たとえば、データセンターの配線や高周波機器の伝送では、この複合ケーブルの使用が増えています。{8}
さまざまな導体材料の選択は、誰がより速く指揮するかだけでなく、現場の実際の要件や予算にも基づいて行われます。エンジニアは多くの場合、効率、信頼性、経済性の間で三角形のバランスを取る必要があります。たとえば、都市地下鉄の信号線では、引張強度と信号の安定性が最も重要であるため、アルミニウムは使用できません。しかし、地方の長距離送電線ではアルミニウムが優先的に選択されます。-たとえば、日本の新幹線の一部の送電線も銅-被覆アルミニウム構造を採用しており、強度と伝送のバランスを保っています。
ケーブルだけでなく、電気業界にも新しいトレンドがあります。電気自動車の分野では、軽量化の需要によりアルミニウム ケーブルの普及が進んでいますが、一部のハイエンド新エネルギー車は依然として高純度銅の使用にこだわっています。{{1}アルミニウムが銅の代わりになるだろうと言う人もいますが、実際には両方ともそれぞれの用途があります。
