周國(guó)霞

八年級(jí)《物理》(人教版)下冊(cè)課本第21頁(yè)“我還想知道”中提出了這樣一個(gè)問題:“供電線路上用銅導(dǎo)線好還是用鋁導(dǎo)線好?”

回答上述問題，我們首先要從金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能說起.

我們知道，決定一個(gè)導(dǎo)體電阻大小的因素有導(dǎo)體的材料?長(zhǎng)度和橫截面積.長(zhǎng)度?橫截面積相同時(shí)，導(dǎo)體的材料不同，電阻也不同.用一定材料制成的橫截面均勻的導(dǎo)體，它的電阻與長(zhǎng)度(L)成正比，與橫截面積(S)成反比，即R=pL/S，比例系數(shù)ρ可以反映材料本身的性質(zhì)，我們稱之為電阻率.電阻率越大，材料的導(dǎo)電性能就越差.下表所示是幾種常用的導(dǎo)體的電阻率(20 ℃時(shí)).

從表中可以看出，銀的電阻率最小，在金屬導(dǎo)體中，它的導(dǎo)電性能最好，但作為稀有金屬，它的價(jià)格較高，因此不能用來制作普通的導(dǎo)線，只用來制作特殊的部件或用在對(duì)導(dǎo)電性能要求較高的某些電路中(如手機(jī)?電腦的精密電路中).現(xiàn)在普遍使用的導(dǎo)線主要是用銅和鋁制成的，它們的導(dǎo)電性能也很好.

那么供電線路上用銅導(dǎo)線好還是用鋁導(dǎo)線好呢?

我國(guó)于1999年6月1日頒布實(shí)施了國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《照明設(shè)計(jì)規(guī)范》，要求照明線路應(yīng)使用銅導(dǎo)線.這主要是因?yàn)殇X導(dǎo)線較銅導(dǎo)線易于引起火災(zāi).據(jù)美國(guó)消費(fèi)品安全委員會(huì)統(tǒng)計(jì)的火災(zāi)發(fā)生率，鋁導(dǎo)線為銅導(dǎo)線的55倍.鋁導(dǎo)線易引起火災(zāi)的原因不在于鋁導(dǎo)線本身而在于鋁導(dǎo)線的接頭.鋁導(dǎo)線的連接部位易引起火災(zāi)的原因有以下幾個(gè)方面:

1. 鋁導(dǎo)線表面極易氧化.如果將鋁導(dǎo)線表面的氧化層刮凈，它能在幾秒鐘內(nèi)又形成新的氧化層，雖然氧化層的厚度很薄，卻有很高的電阻.當(dāng)有較大電流通過鋁導(dǎo)線接頭時(shí)，所產(chǎn)生的熱量較高，容易引燃近旁的可燃物質(zhì).而當(dāng)線路絕緣層損壞發(fā)生短路時(shí)，鋁導(dǎo)線接頭的高電阻又會(huì)限制短路電流，使線路上的斷路器?熔斷器等過流保護(hù)設(shè)施不能及時(shí)切斷電源，增加了線路短路起火的危險(xiǎn)性.

2. 鋁與銅的膨脹系數(shù)不同.將鋁導(dǎo)線與設(shè)備的銅質(zhì)接線端子相連，因鋁的膨脹系數(shù)超出銅約36%，當(dāng)導(dǎo)線中有電流通過溫度升高時(shí)，鋁導(dǎo)線膨脹較多，銅質(zhì)端子膨脹少，使鋁導(dǎo)線受擠壓變形，斷電冷卻后會(huì)在連接處出現(xiàn)空隙，空氣或潮氣乘虛而入，鋁導(dǎo)線表面被氧化腐蝕，使接觸電阻增大.再有電流通過時(shí)，連接處發(fā)熱加劇，形成惡性循環(huán).當(dāng)達(dá)到危險(xiǎn)高溫時(shí)，連接處的絕緣層被熔化，易導(dǎo)致線路短路，甚至引起火災(zāi).

3. 鋁的電解作用.鋁導(dǎo)線的連接處進(jìn)入潮(濕)氣后，會(huì)形成局部電池效應(yīng)，使鋁被腐蝕，這也會(huì)增加接觸電阻.

4. 鋁的韌性差.鋁導(dǎo)線較脆，拆裝中容易折斷，而且折斷后難于再接，影響電流的流通.

與鋁導(dǎo)線相比，銅導(dǎo)線不易氧化腐蝕，火災(zāi)危險(xiǎn)性小，且銅導(dǎo)線韌性好，不易折斷.因此，為保證照明電路的安全，照明電路不應(yīng)采用鋁導(dǎo)線而應(yīng)采用銅導(dǎo)線.

然而高壓輸電線路一般采用鋼芯鋁絞線，原因是鋼芯可以提高電線的機(jī)械強(qiáng)度，增強(qiáng)鋁導(dǎo)線的韌性.鋁的導(dǎo)電性能較好，鋁氧化后生成的氧化鋁化學(xué)穩(wěn)定性高，表面致密，使內(nèi)層不易被氧化.而且鋁導(dǎo)線比銅導(dǎo)線成本低很多，經(jīng)濟(jì)上也比較合算.

責(zé)任編輯程哲