I vårt dagliga liv döljer de ledningar och kablar vi möter faktiskt en kamp om materialval. Alla metaller klarar inte uppgiften att låta ström flyta smidigt. Så vem är den mest lämpade? Svaret involverar oundvikligen silver, koppar och aluminium.
Silver har den starkaste konduktiviteten. Teoretiskt kan användning av silver för kablar få elektronerna att rasa som racerbilar. Problemet är dock att silver är för dyrt. De flesta har inte råd. Endast de enheter med extremt höga signalkrav, såsom vissa toppljudkablar och viktiga instrument, är villiga att använda silver. Oftare väljer folk koppar. Koppar har en ledningsförmåga som är näst efter silver och är också hållbar och lätt att bearbeta. Kraftverk, telekommunikationer och hushållskretsar, dessa huvudledningar domineras mestadels av koppar.
Aluminiums konduktivitet är bara cirka 60 % av koppars. Det verkar saknas lite? Men aluminium är lätt, med en densitet på bara en-tredjedel av koppar. Det kostar också mindre kostnadsmässigt. Till exempel, i kraftledningar på hög-höjd och i kraftöverföring med ultra-högspänning, istället för att använda koppar, används aluminium eftersom att förlänga avståndet och minska vikten är viktigare än konduktivitet. Dessutom kan aluminiumlegeringar också förstärka. I många regioner i Australien och Nordamerika föredrar många luftledningar aluminium.
Egenskaperna hos själva materialet bestämmer ledarens nedersta linje. På atomnivå, ju mer aktiva de yttre elektronerna är, desto mer kan materialet tillåta ström att flyta snabbt. Men sanningen är inte så enkel. När renheten ökar förbättras prestandan. Oavsett om det är koppar eller aluminium, ju mer föroreningar det finns, är det som att klämma in ett gäng hinder på motorvägen. När elektroner stöter på syre-, fosfor- och andra föroreningsatomer halvvägs kommer de att "fastna" och motståndet stiger omedelbart. Hög-renhet, syrefri-koppar kan rensa upp dessa föroreningar grundligt, så den är mycket populär i ljud- och mätkablar.
När det kommer till bearbetning gör olika processer också att materialen presterar olika. Till exempel när koppar dras förlängs kristallstrukturen och olika defekter och förvrängningar uppstår. Dessa deformerade områden är fiender till elektroner, med hög spridningssannolikhet och högt motstånd. Glödgningsbehandling kan "fixa" dessa defekter, vilket gör kornen grövre och mer enhetliga, och konduktiviteten förbättras på nytt-. Skillnaden mellan "mjuk koppar" och "hård koppar" på marknaden ligger här. Mjuk koppar är resultatet av glödgning, och dess ledningsförmåga är bättre.
När det gäller överföringen av växelströmssignaler, särskilt hög-frekventa signaler, fördelar strömmen inte längre jämnt utan koncentreras på ledarens yta. Detta kallas hudeffekten. När signalen färdas på ytan blir ledningsförmågan hos materialets ytskikt viktigare. Därför väljer många radiofrekvenskablar en sammansatt struktur av koppar-klädd aluminium eller silver-beklädd koppar. Detta kan säkerställa hög konduktivitet på det yttre lagret samtidigt som kostnad och vikt kontrolleras. Till exempel, i datacenterledningar och hög-överföring av utrustning används denna sammansatta kabel alltmer.
Valet av olika ledningsmaterial baseras inte bara på vem som leder snabbare utan också på scenens faktiska krav och budget. Ingenjörer måste ofta göra en triangulär balans mellan effektivitet, tillförlitlighet och ekonomi. Till exempel, i signallinjerna i stadstunnelbanan kan aluminium inte användas eftersom draghållfasthet och signalstabilitet är de viktigaste. Men i långa-kraftledningar på landsbygden blir aluminium det föredragna valet. Till exempel har vissa kraftledningar i japanska Shinkansen också en koppar-klädd aluminiumstruktur, balanserande styrka och transmission.
Inte bara kablar, utan även elbranschen har nya trender. När det gäller elfordon har efterfrågan på lättviktare lett till populariseringen av aluminiumkablar, men vissa avancerade nya energifordon insisterar fortfarande på att använda hög-ren koppar. Vissa människor säger att aluminium kommer att ersätta koppar, men i verkligheten har båda sina egna användningsområden.
