Номер 10, страница 94 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 12. Простые вещества - металлы. Физические свойства металлов. Сплавы. Глава 3. Неорганическая химия - номер 10, страница 94.

Условие.

10. При изготовлении электрических проводов используются медь или алюминий. Медь более предпочтительна, хотя она дороже. Как вы думаете, почему?

Решение.

Решение 2.

Медь является более предпочтительным материалом для изготовления электрических проводов по сравнению с алюминием, несмотря на более высокую стоимость, из-за целого ряда преимуществ в физических и химических свойствах. Эти преимущества обеспечивают большую надежность, безопасность и эффективность электропроводки.

1. Электрическая проводимость
Удельное электрическое сопротивление меди ниже, чем у алюминия. Удельное сопротивление меди ($ \rho_{Cu} $) составляет примерно $1.68 \cdot 10^{-8} \text{ Ом} \cdot \text{м}$ при 20°C, в то время как у алюминия ($ \rho_{Al} $) оно равно около $2.82 \cdot 10^{-8} \text{ Ом} \cdot \text{м}$. Это означает, что при одинаковых длине и площади поперечного сечения медный провод будет иметь меньшее сопротивление. Согласно закону Джоуля-Ленца, количество теплоты, выделяемое в проводнике, пропорционально его сопротивлению ($ Q = I^2Rt $). Меньшее сопротивление медных проводов приводит к меньшим потерям энергии на нагрев, что делает их более энергоэффективными. Чтобы алюминиевый провод имел такую же проводимость, как медный, его сечение должно быть примерно в 1,6 раза больше.

2. Механические свойства
Медь обладает лучшими механическими характеристиками. Она более пластична и выдерживает значительно большее количество изгибов, прежде чем сломаться. Это упрощает монтаж проводки, особенно в сложных условиях (например, в распределительных щитах, розетках), и повышает ее долговечность. Алюминий более хрупкий. Кроме того, алюминий обладает высокой текучестью (ползучестью) под давлением. В местах винтовых соединений (клеммах) алюминиевый провод со временем "сплющивается" и деформируется, что приводит к ослаблению контакта. Ослабленный контакт увеличивает переходное сопротивление, вызывает перегрев и может стать причиной пожара. Медь гораздо менее подвержена этому явлению, обеспечивая стабильное и надежное соединение на долгие годы.

3. Химическая стойкость
При контакте с воздухом оба металла окисляются, но результат этого процесса принципиально разный. Оксидная пленка, образующаяся на поверхности меди, хорошо проводит электрический ток и не оказывает существенного влияния на качество электрического контакта. Напротив, оксидная пленка на алюминии (оксид алюминия, $ Al_2O_3 $) является очень прочным диэлектриком (изолятором). Ее образование в месте соединения резко увеличивает сопротивление, что ведет к сильному локальному нагреву и высокому риску возгорания. Также при прямом контакте алюминия с медью (например, в клемме) во влажной среде возникает гальваническая пара, в которой алюминий, как более активный металл, подвергается интенсивной электрохимической коррозии, что разрушает соединение.

Таким образом, хотя алюминий дешевле и значительно легче (что делает его предпочтительным для высоковольтных линий электропередач, где масса критична), для бытовой и промышленной проводки, где на первом месте стоят безопасность, надежность и долговечность, превосходные свойства меди полностью оправдывают ее более высокую стоимость.

Ответ: Медь предпочтительнее алюминия для изготовления проводов, несмотря на высокую цену, из-за ее более высокой электропроводности (что снижает потери энергии и нагрев), лучших механических свойств (большая гибкость и меньшая текучесть, что повышает надежность соединений), а также большей химической стойкости (ее оксид проводит ток, в отличие от оксида алюминия, который является изолятором). В совокупности эти факторы обеспечивают большую безопасность, эффективность и долговечность электропроводки.