Einführung - Eigenschaften und Anwendungsbereiche von Kupfer

Willkommen auf unseren Bildungsseiten. In diesem Bereich finden Sie mehr über Geschichte, Biologie, Chemie und Physik von Kupfer. Außerdem gibt es Seiten über die ökologischen Referenzen von Kupfer und einige Fallstudien zur praktischen Verwendung von Kupfer in der Industrie.

Sie können einen virtuellen Rundgang durch ein Haus machen, das Ihnen die vielen Einsatzbereiche von Kupfer in und um das Gebäude zeigt.

Darüber hinaus können Sie eine interaktive Präsentation über die Bedeutung von Kupfer bei der Produktion der Euro-Münzen abrufen.

Einführung – Eigenschaften und Anwendungsbereiche von Kupfer

Welche Rolle spielt Kupfer?

Kupfer spielt eine wichtige Rolle, da es unser Leben beeinflusst. Ungefähr seit 9000 v. Chr. verwenden Menschen Kupfer. Einer der Gründe, warum Kupfer so wichtig ist, lautet, dass sich mit Kupfer Legierungen herstellen lassen. Es kann also mit anderen Metallen kombiniert werden und bildet dann Legierungen wie Messing und Bronze. Sie sind härter, stärker und korrosionsbeständiger als reines Kupfer.

Heute schätzt man Kupfer allerdings aufgrund anderer Eigenschaften. Es ist ein ausgezeichneter Strom- und Wärmeleiter, es ist haltbar, verformbar und kann einfach durch Schweißen oder Löten verbunden werden. Es ist hygienisch, korrosionsbeständig und lässt sich einfach legieren.

Kupfer findet sich überall. Zu Hause steckt es in ganz alltäglichen Gegenständen wie Telefonen, Wasserleitungen, Schlössern und Stromkabeln.

Eigenschaften von Kupfer

 

Elektrische Leitfähigkeit

Mit Ausnahme von Silber hat Kupfer die beste elektrische Leitfähigkeit aller Metalle. Eine gute elektrische Leitfähigkeit ist dasselbe, wie ein kleiner elektrischer Widerstand.

Anwendungen

Elektrischer Strom fließt durch Kupferdrähte ohne viel Energieverlust. Deshalb sind die Stromleitungen in Häusern ebenso aus Kupfer wie unterirdisch verlegte Stromkabel. Überlandleitungen bestehen dagegen in der Regel aus Aluminium, weil es weniger dicht ist. Wenn jedoch Größe wichtiger ist als Gewicht, ist Kupfer die beste Wahl. Dicke Kupferbänder dienen als Blitzableiter auf hohen Gebäuden, wie beispielsweise Kirchtürmen. Das Kabel muss dick sein, damit es einen großen Strom leiten kann, ohne zu schmelzen.

Kupferdraht lässt sich zu Spulen wickeln. Die Spule produziert ein Magnetfeld und weil sie aus Kupfer ist, verschwendet sie nicht viel elektrische Energie. Hier einige Beispiele dafür, wo wir

Kupferspulen finden können:

Elektromagnete:

Schlösser, Kräne auf Schrottplätzen, elektrische Türklingeln

Motoren:

Pumpen, Haushaltsgeräte (Waschmaschinen, Geschirrspüler, Kühlschränke, Staubsauger), Autos (Starter, Scheibenwischer, elektrische Fensterheber), Computer (Festplatten, Lüfter), Unterhaltungselektronik (CD- und DVD-Spieler).

Dynamos:

Fahrräder, Kraftwerke

Transformatoren:

Stromadapter, Umspannstationen, Kraftwerke

Wie Kupfer leitet

Kupfer ist ein Metall. Es besteht aus dicht gepackten Kupferatomen.

Wenn wir ganz genau hinsehen könnten, würden wir sehen, dass sich zwischen den Kupferatomen Elektronen bewegen. Jedes Kupferatom hat ein Elektron verloren und ist ein positives Ion geworden. Kupfer ist also ein Gitter aus positiven Kupferionen, zwischen denen sich freie Elektronen bewegen. Elektronen sind ein wenig wie die Partikel eines Gases, das sich innerhalb der Außenflächen des Drahtes frei bewegen kann.

Die Elektronen können sich frei durch das Metall bewegen. Aus diesem Grund werden sie freie Elektronen genannt. Sie werden auch als Leitungselektronen bezeichnet, weil sie dem Kupfer helfen, ein guter Wärme- und Stromleiter zu sein.

Die Kupferionen schwingen. Zu beachten ist, dass sie immer um dieselbe Stelle schwingen, während sich die Elektronen durch das Gitter bewegen. Das ist sehr wichtig, wenn wir den Draht mit einer Batterie verbinden.

Elektrizität leiten

Wir können einen Kupferdraht mit einer Batterie und einem Schalter verbinden. Normalerweise bewegen sich die freien Elektronen willkürlich im Metall.

Wenn wir den Schalter schließen, fließt ein elektrischer Strom. Jetzt fließen die freien Elektronen durch den Draht. Dabei bewegen sie sich von links nach rechts – obwohl sie sich auch immer noch willkürlich bewegen.

Elektronen haben eine negative Ladung. Sie werden vom positiven Ende der Batterie angezogen. Die freien Elektronen bewegen sich durch das Kupfer und fließen dabei vom negativen zum positiven Pol der Batterie (Hinweis: Sie fließen entgegengesetzt zu einem herkömmlichen Strom, weil sie eine negative Ladung haben).

Die Kupferionen im Draht schwingen. Manchmal blockiert ein Ion den Weg eines sich bewegenden Elektrons. Das Elektron stößt mit dem Ion zusammen und prallt von ihm zurück. Dadurch wird das Elektron langsamer. Ein Teil seiner Energie wurde auf das Ion übertragen, das nun schneller schwingt.

Auf diese Weise wird Energie von den sich bewegenden Elektronen auf die Kupferionen übertragen. Das Kupfer wird wärmer. Dadurch erklärt sich, warum

• Metalle einen elektrischen Widerstand haben;
• Metalle heiß werden, wenn ein Strom durch sie fließt.