L'alluminio è uno dei metalli più diffusi al mondo. È noto per la sua leggerezza, l'elevato rapporto forza-peso e la resistenza alla corrosione. Tuttavia, una delle caratteristiche più importanti dell'alluminio, su cui si discute, è la sua capacità di condurre l'elettricità. Pertanto, come rispondere alla domanda: l'alluminio è un conduttore elettrico? Ecco la risposta: sì, alluminio può condurre l'elettricità, ma non quanto il rame, che è stato il metallo preferito per la creazione di un impianto elettrico. 

Il presente documento illustra la conducibilità elettrica dell'alluminio, il suo impiego nell'industria elettrica e i vantaggi e i limiti del suo utilizzo nell'industria elettrica.

Che cosa si intende per conducibilità elettrica?

Prima di dire se l'alluminio è un conduttore elettrico o meno, consideriamo cosa sia la conducibilità elettrica. La capacità di un materiale di consentire la corrente elettrica è chiamata conduttività elettrica. Questa dipende dal numero di elettroni liberi in quel materiale. I metalli, in genere, hanno elettroni molto liberi che possono scorrere facilmente all'interno della loro struttura atomica, quindi sono buoni conduttori.

L'unità di misura della conducibilità elettrica di un determinato materiale è nota in siemens diviso per metro (S/m). Maggiore è la resistenza, minore è la possibilità di passaggio dell'elettricità. I materiali altamente conduttivi, come il rame e l'alluminio, trovano impiego in diverse applicazioni elettriche come l'alimentazione, la trasmissione di energia, i cablaggi e i circuiti.

L'alluminio conduce l'elettricità?

Sì, l'alluminio è molto più conduttivo del rame. L'alluminio è considerato un buon conduttore quando si guarda alla conduttività dei metalli, anche se la sua conduttività elettrica è solo il 61% circa di quella del rame. Ciò implica che il rame fornirà un flusso di corrente maggiore attraverso una determinata dimensione del filo.

Ciò nonostante, il fatto che l'alluminio abbia una conduttività relativamente elevata lo rende applicabile nella maggior parte delle applicazioni elettriche, in particolare quando peso e costo sono considerazioni critiche. La resistività dell'alluminio non è così elevata come quella di molti altri materiali; in altre parole, l'alluminio può condurre elettricità, ma con una resistenza relativamente minore.

Come fa l'alluminio a produrre elettricità?

L'elettricità viene condotta in un alluminio grazie al flusso di elettroni liberi attraverso la struttura degli atomi. Questi elettroni liberi sono solo debolmente collegati agli atomi del metallo e possono facilmente muoversi in presenza di un campo elettrico. Quando il materiale permette agli elettroni di attraversarlo, si crea una corrente elettrica.

L'alluminio possiede anche un'elevata quantità di elettroni liberi, il che significa che è anche un discreto conduttore di elettricità, ma non così efficiente come il rame. È circa 61 volte meno conduttore di elettricità del rame, quindi è leggermente più resistente al flusso di elettroni.

La conduttività dell'alluminio diminuisce anche con l'aumento della temperatura, a causa della maggiore vibrazione degli atomi nel metallo, che aumenta la resistenza. Inoltre, sulla superficie dell'alluminio si sviluppano strati di ossido non conduttivi, che possono ridurre la conduttività in caso di giunzioni. Lo strato di ossido che si forma deve essere controllato perché comprometterebbe la buona conduttività, in particolare nei contatti elettrici.

Gradi di alluminio elettricamente conduttivi 

L'alluminio è un conduttore elettrico e il suo livello di conducibilità dipende anche dal grado, poiché i vari gradi contengono purezza e metalli di lega diversi. La correlazione tra il tipo di alluminio e la sua conduttività è fondamentale per scegliere il tipo di alluminio adatto a determinate applicazioni elettriche.

1. Alluminio PURO ( 1100 Grd )

L'alluminio di grado 1100 può essere considerato uno degli allumini più puri, con un livello di purezza del 99% e oltre. Questa purezza elevata determina una buona conducibilità elettrica e quindi si presta bene in settori che richiedono una conducibilità elettrica e prestazioni ottimali, come i cablaggi e le connessioni all'elettricità.

• Conducibilità elettrica: Circa il 61% di quello del rame.
• Applicazioni: Viene utilizzato nei sistemi di cavi elettrici, nei conduttori elettrici e in altri dispositivi in cui sono essenziali un'elevata conduttività e una bassa resistenza.

2. Lega di alluminio 1350

La lega di alluminio 1350 è un altro alluminio di elevata purezza, solo che è combinato con minime quantità di rame per migliorarne la resistenza e altre proprietà. Questo grado è conduttivo a un livello inferiore rispetto all'alluminio di grado 1100, ma è in grado di fornire buone prestazioni anche nelle funzioni elettriche.

• Conducibilità elettrica: Circa il 61% della conduttività del rame, che è come l'alluminio di qualità 1100.
• Applicazioni: È ampiamente utilizzato in fili, conduttori e trasformatori, in particolare nei sistemi elettrici ad alta tensione.

3. Lega di alluminio 6063

L'alluminio di grado 6063 è una lega a media resistenza e viene normalmente utilizzato per scopi strutturali, come estrusioni e telai. Presenta un maggior numero di materiali di lega, come il magnesio e il silicio, che aumentano la resistenza meccanica, rendendolo meno conduttivo dal punto di vista elettrico rispetto all'alluminio di grado 1100 e 1350.

• Conducibilità elettrica: La conduttività del rame è inferiore del 50-55%, con ulteriori effetti di lega degli elementi.
• Applicazioni: Viene applicato principalmente nelle estrusioni architettoniche, nei telai delle finestre e nei componenti aerospaziali. Sebbene non sia conduttivo come i gradi più puri, trova impiego in settori in cui sono importanti la resistenza e la formabilità piuttosto che la conduttività.

4. Lega di alluminio 1050

Anche la lega di alluminio 1050 è alluminio di elevata purezza, ma con una leggera presenza di ferro; di conseguenza, la sua conduttività è inferiore a quella dell'alluminio di grado 1100. Tuttavia, la sua conducibilità elettrica è buona per varie applicazioni.

• Conducibilità elettrica: Il tasso di conducibilità elettrica è pari al 99,76 % di quello del rame, l'equivalente del grado 1100.
• Applicazioni: Cavi elettrici, fili e connettori per batterie in cui l'alta conduttività è un fattore determinante, ma in cui la resistenza meccanica citata non è un problema importante.

5. Alluminio Aloy 6061

Ciò che rende popolare questa lega di alluminio di grado 6061 sono le sue buone proprietà meccaniche e la sua versatilità. Per renderla forte, viene legata con magnesio e silicio, causando una moderata perdita di conduttività.

-Conduttività elettrica: circa il 45-50% della conduttività del rame.

Applicazioni: Si trova comunemente in parti strutturali, parti di automobili e attrezzature utilizzate in alto mare, dove la conduttività elettrica non è molto importante, ma la forza e la resistenza alla corrosione lo sono.

La conducibilità elettrica è influenzata dalla finitura dell'alluminio?

La conduttività elettrica dell'alluminio può essere notevolmente influenzata dalla finitura dell'alluminio, che dipende dalla finitura applicata al metallo. La proprietà conduttiva dell'alluminio può essere modificata con diversi trattamenti superficiali: formazione di uno strato di ossido, anodizzazione, rivestimento, lucidatura, ecc.

1. Formazione dello strato di ossido

In presenza di aria, come nel caso del processo di ossidazione, l'alluminio forma un sottile strato di ossidi (Al 2 O 3 ). Sebbene questo strato di ossido offra una copertura protettiva contro la corrosione, non è conduttivo. Ciò implica che questa pellicola di ossido sul punto in cui viene collegata l'elettricità può aumentare la resistenza, compromettendo così la conduttività complessiva dell'alluminio. L'efficienza delle attività elettriche ad alte prestazioni può andare persa a causa dell'esistenza di questo strato di ossido. Per ottenere una buona conduttività, tale strato di ossido deve essere eliminato o limitato nei punti di contatto, oppure vengono forniti trattamenti superficiali per evitare la deposizione di ossido.

2. Anodizzazione

Quando si tratta di alluminio, l'anodizzazione è un processo che mira a rendere deliberatamente più spessa la pellicola di ossido. Pur aumentando la resistenza alla corrosione e migliorando la finitura estetica della superficie, l'anodizzazione rende la superficie più isolante. Ciò riduce notevolmente la conduttività dell'alluminio, rendendolo inadeguato per le applicazioni che prevedono l'uso di corrente elettrica. Ma in alcune applicazioni, come quelle di importanza estetica, il rivestimento anodico non viene rimosso a causa dell'effetto protettivo, che rappresenta una grave minaccia. L'anodizzazione non può essere ottimale nelle applicazioni conduttive, a meno che non si preveda una rimozione mirata dello strato di ossido nei punti di connessione.

3. Rivestimenti e vernici

L'alluminio viene rivestito e verniciato per offrire una maggiore protezione contro gli elementi ambientali e migliorare l'aspetto estetico. Tuttavia, la stragrande maggioranza dei rivestimenti (soprattutto le normali vernici) sono isolanti e formano barriere di conducibilità elettrica. I rivestimenti hanno l'effetto di ridurre la conduttività elettrica del metallo di un ampio margine nei casi in cui viene applicato il rivestimento. Nel caso dell'alluminio in applicazioni di impianti elettrici, occorre ricordare che le parti con cui avviene il contatto elettrico non dovrebbero essere rivestite, oppure, in casi particolari, potrebbe essere auspicabile utilizzare un rivestimento conduttivo in situazioni particolari.

4. Lucidatura della superficie

Uno dei metodi di finitura utilizzati è la lucidatura della superficie per ottenere una superficie pulita e liscia dell'alluminio. Dal punto di vista meccanico, la lucidatura nel caso della conducibilità elettrica è il processo che migliora le proprietà in termini di conducibilità elettrica per offrire una superficie di contatto più pulita. La superficie di alluminio lucidata consente una maggiore efficienza nella connessione elettrica, riduce la resistenza e migliora le prestazioni dei sistemi elettrici. Tuttavia, quando la lucidatura è eccessiva, può portare alla perdita di materiale, il che può costituire un problema per l'integrità e le dimensioni dell'alluminio in alcune applicazioni. Di conseguenza, la lucidatura deve essere utilizzata solo per raggiungere l'equilibrio auspicabile tra conduttività e resistenza del materiale.

Perché l'alluminio viene utilizzato nell'elettricità?

Anche se il rame è elettricamente più conduttivo dell'alluminio, questo non ha portato l'industria elettrica a rinunciare all'uso dell'alluminio. Le cause sono:

1. Costo-efficacia

Il prezzo più basso è uno dei principali vantaggi dell'applicazione dell'alluminio nell'elettronica. A differenza del rame, l'alluminio è più economico; infatti, il suo prezzo è circa un terzo del costo del rame. Questo fattore di convenienza rende l'alluminio un'ottima opzione quando si tratta di installazioni elettriche su larga scala, perché è necessaria un'ampia quantità di materiale.

2. Leggero

L'alluminio è anche molto leggero rispetto al rame e la sua densità è circa un terzo di quella del rame. Questo lo rende adatto a settori in cui il peso è un problema, come le linee di trasmissione elettriche aeree. Il costo di trasporto è inferiore grazie alla leggerezza dell'alluminio e l'installazione dello stesso diventa facile.

3. Resistenza alla corrosione

All'aria aperta, inoltre, l'alluminio sviluppa naturalmente un sottile strato di ossido protettivo che ne ricopre la superficie. Questa pellicola di ossido funge da sigillante che non può essere ulteriormente ossidato e quindi l'alluminio è un materiale estremamente resistente alla corrosione. Questo è un vantaggio, soprattutto per gli impianti elettrici all'aperto, poiché gli agenti atmosferici e l'umidità possono facilmente corrodere altri metalli come il rame.

4. Rapporto forza-peso

L'alluminio ha un ottimo rapporto forza-peso, il che significa che, pur essendo leggero, può offrire una grande resistenza strutturale. Questo aspetto rende l'alluminio un'ottima opzione in quasi tutte le questioni elettriche, come cavi, linee di trasmissione e persino nella costruzione di apparecchiature elettriche.

Resistenza di alluminio e rame a confronto: Conduttività elettrica

Come già detto in precedenza, la coLa conduttività dell'alluminio è pari a circa il 61% di quella del rame. Tuttavia, la differenza di conduttività non è così enorme come potrebbe sembrare. Nel caso di molte applicazioni su larga scala, come ad esempio la trasmissione di energia, i risparmi in termini di costi e peso offerti dall'alluminio compensano la sua conduttività leggermente ridotta. Detto questo, quando si tratta di prestazioni elettriche elevate, il rame è ancora il conduttore migliore.

Un confronto Alluminio e rame:

Sebbene il rame sia più conduttivo, la disparità di prestazioni è normalmente spiegata dall'installazione di un cavo di alluminio di sezione maggiore per trasportare la stessa quantità di elettricità in un cavo di rame di sezione minore. Per questo motivo, le linee aeree di trasmissione dell'energia e altre installazioni elettriche su larga scala utilizzano solitamente cavi in alluminio.

Il confronto dell'alluminio con altri conduttori

Quando si tratta di confrontare l'alluminio con altri conduttori elettrici come il rame e l'argento, si dice che le sue prestazioni siano spesso soddisfacenti, ma che non siano ben utilizzabili in un sistema ad alte prestazioni.

Usi dell'alluminio nell'elettricità

L'alluminio trova applicazione in diversi prodotti elettrici, in particolare nei casi in cui le caratteristiche citate siano vantaggiose: basso costo, bassa densità e resistenza alla corrosione.

1. Linee di trasmissione dell'energia

L'applicazione più comune dell'alluminio è quella delle linee aeree di trasmissione dell'energia elettrica, dove il suo peso ridotto e l'alto valore di conducibilità lo rendono adatto alle trasmissioni di elettricità a lunga distanza. L'uso di linee elettriche in alluminio è più economico per la posa e la manutenzione rispetto al rame e, grazie alla loro leggerezza, sono facilmente gestibili in termini di installazione delle linee.

2. Cablaggio elettrico/cavi

Il cablaggio in alluminio è comunemente utilizzato nell'edilizia residenziale e commerciale, in particolare nei circuiti con carichi elettrici di livello basso e moderato. Il filo di rame può ancora essere utilizzato nei circuiti ad alte prestazioni, ma l'alluminio può essere impiegato in impianti di grandi dimensioni in cui il costo e il peso giocano un ruolo fondamentale.

3. Fili di messa a terra

Anche i cavi di messa a terra sono realizzati in alluminio, poiché è necessario fornire un percorso sicuro in cui la corrente elettrica possa fluire in caso di guasto. La messa a terra svolge un ruolo fondamentale nella dispersione sicura di qualsiasi corrente elettrica eccessiva sul terreno, in modo da non danneggiare le apparecchiature e ridurre al minimo le possibilità di incendi elettrici.

4. Motori e apparecchi elettrici

I motori e i trasformatori elettrici hanno l'alluminio come materiale di avvolgimento. Il metallo è leggero, relativamente resistente e possiede una buona conduttività, il che lo rende un'opzione considerevolmente valida quando lo si applica a una vasta gamma di applicazioni industriali e commerciali.

Problemi e soluzioni ai problemi di conduttività dell'alluminio

Per quanto l'alluminio sia un conduttore appropriato, presenta anche alcuni problemi che devono essere risolti quando viene impiegato come conduttore in un sistema elettrico.

1. Maggiore resistenza

Il principale svantaggio dell'alluminio è che è elettricamente più conduttivo del rame. Ciò implica che, a parità di corrente, il filo di alluminio produce più calore e una caduta di tensione. Questo, in alcuni casi, rende necessario l'uso di conduttori di alluminio più grandi per ottenere le stesse prestazioni dei fili di rame.

2. Problemi di connessione e ossidazione

L'alluminio si ossida facilmente, in particolare le giunzioni. Da un lato, quando l'alluminio è ricoperto da uno strato di ossido, è resistente alla corrosione; dall'altro, lo strato di ossido può diventare un isolante elettrico, creando una maggiore resistenza e isolando le giunzioni. Ciò può causare surriscaldamento, malfunzionamento e, nelle situazioni peggiori, guasti elettrici. Per cercare di arginare questo fenomeno, durante l'installazione è necessario prestare particolare attenzione affinché vengano effettuate le giuste connessioni e non si verifichino fenomeni di corrosione nelle giunzioni.

3. Forza meccanica

Anche se l'alluminio ha un eccellente rapporto resistenza/massa, è comunque meno robusto del rame e può essere soggetto a danni meccanici, in particolare in condizioni di elevata sollecitazione e vibrazione. Nelle applicazioni ad alta sollecitazione, i fili di alluminio sono solitamente rinforzati con acciaio o altri materiali.

Conclusione

Tuttavia, si può concludere che l'alluminio conduce effettivamente l'elettricità, ma è anche un materiale comunemente utilizzato nell'industria elettrica grazie alla sua buona conduttività, all'economicità, al fatto che è leggero e alla resistenza alla corrosione. Sebbene non sia conduttivo come il rame, è abbastanza economico e possiede altre caratteristiche vantaggiose, per cui può essere utilizzato come alternativa al rame nella maggior parte delle applicazioni elettriche.

Alluminio è particolarmente pratico nelle attività su larga scala come la trasmissione di energia e il cablaggio elettrico, dove i vantaggi in termini di prezzo e peso superano di gran lunga la tendenza a una minore conduttività. Tuttavia, le sue sfide, che devono essere prese in considerazione da ingegneri ed elettricisti durante la progettazione e la posa di sistemi elettrici a base di alluminio, sono la maggiore resistenza e l'ossidazione.

Tuttavia, l'alluminio è un materiale fondamentale per l'industria elettrica e il suo utilizzo è destinato ad aumentare, dal momento che in tutto il mondo si richiedono infrastrutture elettriche più efficienti e convenienti.