صفحه مسی ۵*۶۶۰*۲۰۰۰

مس از زمان اختراع آهنربای الکتریکی و تلگراف از دهه ۱۸۲۰م تا کنون در سیم کشی‌ها استفاده شده‌است.^[۱][۲] اختراع تلفن در سال ۱۸۷۶ تقاضای بیشتری برای سیم مسی به عنوان یک رسانای الکتریکی ایجاد کرد.^[۳]

مس رسانای الکتریکی است و در بسیاری از دسته‌های سیم کشی برق مورد استفاده قرار می‌گیرد.^[۳][۴] سیم مسی در تولید برق، انتقال قدرت، توزیع برق، مخابرات، مدار الکترونیکی و انواع بی شماری تجهیزات الکتریکی استفاده می‌شود.^[۵] مس و آلیاژهای آن نیز برای ایجاد اتصالات برق استفاده می‌شوند. سیم کشی در ساختمان‌ها مهم‌ترین بازار برای صنعت مس است.^[۶] تقریباً نیمی از کل مس تولید شده برای ساخت سیم‌های الکتریکی و کابل‌های سیم کشی استفاده می‌شود.^[۵]                                                         

خواص مس

رسانش الکتریکی معیاری است که نشان می‌دهد که چقدر مواد توانایی حمل بار الکتریکی دارند. این یک ویژگی ضروری در سیم کشی سیستم‌های الکتریکی است. مس دارای بالاترین میزان هدایت الکتریکی تمام فلزات غیر گرانبها است: مقاومت الکتریکی مس = ۱۶٫۷۸ nΩ • m در ۲۰ ° C است.

البته رسانایی مس بدون اکسیژن خالص (OFE) حدود ۱ درصد بیشتر (یعنی حداقل ۱۰۱ درصد IACS) است.^[۷][۸]

نظریه فلزات در حالت جامد آنها^[۹] به تعریف هدایت الکتریکی غیرمعمول مس کمک می‌کند. در یک اتم مس، ناحیه انرژی ۴S یا لایهٔ ظرفیت و رسانش، نیمه پر است، بنابراین بسیاری از الکترونها قادر به حمل جریان الکتریکی هستند. وقتی یک میدان الکتریکی روی یک سیم مسی اعمال می‌شود، الکترون‌ها شتابی به سمت انتهای الکتروپازتیو می‌گیرند، بنابراین جریان ایجاد می‌شود. این الکترون‌ها در برابر برخورد با اتم‌های ناخالص، جابجایی، یون‌های شبکه و نواقص، مقاومت می‌کنند. میانگین فاصله بین برخوردها، که به عنوان ” متوسط مسیر آزاد ” تعریف شده‌است، به‌طور معکوس متناسب با مقاومت فلز است. آنچه در مورد مس منحصر به فرد است، طول عمر طولانی آن (حدود ۱۰۰ فاصله اتمی در دمای اتاق) است. این متوسط مسیر آزاد به محض سرد شدن مس افزایش میابد.^[۱۰]

به علت رسانایی برتر آن، مس بازپخت شده معیار استاندارد بین‌المللی برای مقایسه با همه رساناهای الکتریکی دیگر شده‌است. در سال ۱۹۱۳، کمیته بین‌المللی الکتروتکنیک، رسانش مس خالص از لحاظ تجاری را در استاندارد بین‌المللی مس بازپخت شدهٔ خودش تعریف کرد، که طبق آن۱۰۰% IACS برابر با ۵۸٫۰/m در دمای ۲۰ ° Cاست، کاهش آن با آهنگ ۰٫۳۹۳٪ / ° C.^[۷][۸] رخ می‌دهد. از آنجا که خلوص تجاری در طول قرن گذشته بهبود یافته‌است، رساناهای مسی مورد استفاده در ساخت سیم‌ها اغلب کمی بیش از استاندارد ۱۰۰% IACS هستند.^[۱۱]

مس درجه یک مورد استفاده برای کاربردهای الکتریکی، میله الکترولیتیک سخت (ETP) مس (CW004A یا ASTM تعیین‌کننده C11040) است. این مس حداقل ۹۹٫۹۰٪ خالص و هدایت الکتریکی حداقل ۱۰۱% IACS را دارد. ETP مس حاوی درصد کمی از اکسیژن (۰۲/۰ تا ۰۴/۰ درصد) است. در صورتی که مس با رسانایی بالا نیاز به جوشکاری یا لحیم کاری سخت یا استفاده در یک اتمسفر تقلیل یافته را داشته باشد، از مس بدون اکسیژن (CW008A یا ASTM نامگذاری C10100) استفاده می‌شود.^[۱۲]

چندین فلز رسانای الکتریکی کم‌تراکم تر از مس وجود دارند، اما برای حمل جریان یکسان به مقطع عرضی بزرگتری نیاز دارند و امکان دارد در جاهایی که فضای محدود یک نیاز عمده است قابل استفاده نباشند.^[۱۰][۴]

آلومینیوم ۶۱ درصد رسانش مس را دارد. سطح مقطع عرضی رسانای آلومینیومی برای داشتن توانایی حمل جریان یکسان، باید ۵۶ درصد بزرگتر از مس باشد. نیاز به افزایش ضخامت سیم آلومینیومی مصرف آن در بسیاری از کاربردها را محدود کرده‌است. از جمله در موتورهای کوچک و اتوموبیل‌ها. در برخی از کاربردها مانند کابل‌های انتقال قدرت منطقه ای از مس به ندرت استفاده می‌شود

نقره، یک فلز گرانبها، تنها فلز با رسانش الکتریکی بالاتر از مس است. هدایت الکتریکی نقره ۱۰۶٪ از مس بازپخت شده در مقیاس IACS بیشتر است و مقاومت الکتریکی نقره = ۱۵٫۹ nΩ • m در ۲۰ ° C^[۱۳][۱۴] است هزینه‌های بالا نقره همراه با استحکام کششی کم آن، استفاده از آن را به برنامه‌های خاص مانند آبکاری مشترک و اتصال سطوح و پوشش دادن برای هادی‌ها در کابل‌های کواکسیال با کیفیت بالا که در فرکانس‌های بالای ۳۰ مگا هرتز استفاده می‌شود، محدود کرده‌است.

استحکام کششی

استحکام کششی نیروی مورد نیاز برای کشیدن یک جسم مانند طناب، سیم یا یک ساختار میله ای به نقطه ای است که در آن شکسته می‌شود. استحکام کششی یک ماده حداکثر مقدار استرس کششی است که می‌تواند قبل از شکستن به آن وارد شود.

بالاتر بودن استحکام کششی مس (۲۰۰–۲۵۰ نیوتن بر میلیمتر مربع برای مس بازپخته شده) در مقایسه با آلومینیوم (۱۰۰ نیوتن بر میلیمتر مربع برای آلیاژهای معمولی رسانا^[۱۵]) یکی دیگر از دلایلی است که مس به‌طور گسترده‌ای در صنایع ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. استحکام بالای مس مقاوم بودن در برابر کشش، گردن، خزش، خراشیدگی و شکسته شدن، از خراب شدن و ازکارافتادن حین کار جلوگیری می‌کند.^[۱۶] در رساناهای معادل در توانایی حمل جریان، مس خیلی از آلومینیوم سنگین تر است بنابراین استحکام کششی زیاد این سنگین تر بودن را جبران و توجیه می‌کند.