Applicazioni dei materiali a base di carbonio nell'ingegneria elettrica

Campo: Elettricità di base

China

Il carbonio, in varie forme e in combinazione con altri materiali, è ampiamente utilizzato nell'ingegneria elettrica. I materiali elettrici in carbonio sono prodotti a partire dal grafite e da altre forme di carbonio.
Il carbonio ha le seguenti applicazioni in Ingegneria Elettrica–

Per la realizzazione del filamento della lampada a incandescenza
Per la realizzazione di contatti elettrici
Per la realizzazione di resistenze
Per la realizzazione di spazzole per macchine elettriche come macchine a corrente continua, alternatori.
Per la realizzazione di elementi di celle batteria
Per la realizzazione di elettrodi in carbonio per forni elettrici
Elettrodi per l'illuminazione ad arco e per la saldatura
Per la realizzazione di componenti per valvole e tubi al vuoto
Per la realizzazione di parti per attrezzature di telecomunicazione.

Utilizzo del Carbonio per la Realizzazione del Filamento delle Lampade a Incandescenza

Il carbonio viene utilizzato in un mezzo di gas inerte per la realizzazione del filamento per lampade a incandescenza. La resistività del carbonio è circa 1000-7000 µΩ-cm e il punto di fusione è circa 3500oC. Queste caratteristiche lo rendono adatto per la realizzazione del filamento delle lampade a incandescenza. L'efficienza commerciale delle lampade a filamento di carbonio è di 4,5 lumen per watt o 3,5 watt per candela. Il carbonio ha un effetto di annerimento nelle lampade a incandescenza. Per prevenire questo annerimento, la temperatura di funzionamento è limitata a 1800oC.

Utilizzo del Carbonio per la Realizzazione di Contatti Elettrici

Il carbonio viene utilizzato sotto forma di fibre formate da polimeri mediante pirolisi. Le fibre di carbonio mostrano una resistenza meccanica insolita sotto carichi di trazione. Queste fibre di carbonio vengono utilizzate per aumentare la resistenza meccanica dei contatti elettrici che sono soggetti a carichi compressivi o di trazione durante l'operazione. Queste fibre di carbonio riducono anche l'usura dei contatti elettrici. Inoltre, essendo il carbonio un conduttore elettrico, contribuisce a ridurre la resistenza di contatto del passaggio di corrente attraverso i contatti elettrici.

Utilizzo del Carbonio per la Realizzazione di Resistenze

Alta resistività, alto punto di fusione e basso coefficiente di temperatura della resistenza rendono il carbonio adatto per la produzione di resistenze. Le resistenze in carbonio sono ampiamente utilizzate nei circuiti elettronici.

Utilizzo del Carbonio per la Realizzazione di Spazzole per Macchine Elettriche a Corrente Continua e Alternatori

Il grafite è molto adatto per la realizzazione di spazzole per macchine a corrente continua di grande potenza e alternatori. Le spazzole in grafite presentano i seguenti vantaggi –

Le spazzole in grafite hanno una alta resistenza di contatto. Questa alta resistenza delle spazzole in grafite aiuta a migliorare la commutazione.
Alta stabilità termica – che le rende adatte a sopportare temperature elevate generate per attrito durante l'operazione delle macchine rotanti.
Autolubrificazione tra le spazzole fisse e il commutatore o gli anelli di scorrimento rotanti. Ciò riduce l'usura del commutatore o degli anelli di scorrimento.

Utilizzo del Carbonio per la Realizzazione di Elementi di Celle Secche

Il carbonio è un elemento importante nella costruzione di celle secche. Il carbonio viene utilizzato per la realizzazione di elettrodi per batterie a zinco-carbonio (celle secche). L'elettrodo in carbonio funziona come polo positivo della batteria. Nelle celle secche, il carbonio è un materiale inerte poiché non partecipa alla reazione elettrochimica che si verifica nelle celle secche.

Utilizzo degli Elettrodi in Carbonio per Forni Elettrici

Il grafite è ampiamente utilizzato per la produzione degli elettrodi per forni ad arco elettrico. Nei forni ad arco elettrico utilizzati per la produzione dell'acciaio, il livello di temperatura operativa è di circa 2760oC. Il grafite è l'unico materiale commercialmente disponibile che presenta un elevato livello di conduttività elettrica e la capacità di resistere a tali alte temperature, il che lo rende adatto per la realizzazione degli elettrodi per forni ad arco elettrico.

Utilizzo del Grafite per Elettrodi per Illuminazione ad Arco e Saldatura

Il grafite è ampiamente utilizzato anche per la produzione degli elettrodi per l'illuminazione ad arco e la saldatura. Come discusso sopra, il grafite presenta un alto livello di conduttività elettrica e la capacità di resistere a temperature elevate durante l'illuminazione ad arco e la saldatura. Ciò lo rende adatto per la realizzazione degli elettrodi per l'illuminazione ad arco e la saldatura.