Penggunaan tembaga terbesar secara global terjadi pada tahun 2017aplikasi listrik-khususnya, produksi kabel listrik, kabel listrik, dan komponen terkait untuk transmisi dan distribusi energi. Dominasi ini berasal dari kombinasi tembaga yang tak tertandingi dalam hal konduktivitas listrik yang tinggi (kedua setelah perak), keuletan (kemampuan untuk ditarik menjadi-kabel ultratipis), dan efektivitas biaya-relatif.
Detail penting dari kasus penggunaan ini:
Kabel rumah tangga dan komersial: Kabel tembaga merupakan standar di bangunan perumahan, komersial, dan industri untuk menyalakan lampu, peralatan, dan mesin. Resistansi listriknya yang rendah meminimalkan kehilangan energi dan penumpukan panas, sehingga mengurangi risiko kebakaran.
Jaringan listrik: Kabel tembaga-tegangan tinggi menyalurkan listrik dari pembangkit listrik ke kota besar dan kecil dalam jarak jauh. Bahkan dengan meningkatnya penggunaan aluminium di beberapa saluran udara, tembaga tetap penting untuk kabel bawah tanah dan segmen-efisiensi tinggi (di mana resistansi rendah tidak-dapat dinegosiasikan).
Elektronik: Tembaga sangat penting untuk papan sirkuit (sebagai jejak konduktif), belitan motor (pada motor listrik untuk mobil, peralatan, dan peralatan industri), dan baterai (misalnya, baterai litium-ion menggunakan pengumpul arus tembaga).
Secara total, aplikasi kelistrikan menyumbang~60% dari permintaan tembaga global-jauh melebihi kegunaan lain seperti konstruksi (pipa, atap) atau mesin industri.
Terlepas dari keserbagunaannya, tembaga memiliki keterbatasan yang membatasi penggunaannya dalam skenario tertentu:
Ketahanan Korosi yang Buruk di Lingkungan yang Keras
Tembaga mudah ternoda dalam kondisi lembab, asam, atau air asin (membentuk "verdigris" hijau atau cepat terkorosi). Ini tidak cocok untuk aplikasi air laut (misalnya pipa laut) atau paparan bahan kimia kuat (misalnya asam pekat), di mana logam seperti nikel atau titanium memiliki kinerja lebih baik.
Kelembutan dan Kekuatan Rendah
Tembaga murni relatif lunak (kekerasan Brinell ~35 HB saat dianil) dan memiliki kekuatan tarik yang rendah (~220 MPa saat dianil). Bahan ini mudah berubah bentuk di bawah beban atau gesekan yang berat, sehingga tidak praktis untuk-komponen bertekanan tinggi seperti roda gigi, bantalan, atau aplikasi bagian struktural-yang membutuhkan logam yang lebih keras (misalnya baja) atau paduan tembaga (misalnya perunggu).
Ekspansi Termal Tinggi
Tembaga memiliki koefisien muai panas yang tinggi (~16,5 × 10⁻⁶/ derajat ), yang berarti ia memuai dan menyusut secara signifikan seiring dengan perubahan suhu. Hal ini dapat menyebabkan kebocoran pada sistem perpipaan atau kerusakan pada perangkat elektronik presisi jika tidak diperhitungkan, tidak seperti logam dengan tingkat ekspansi yang lebih rendah (misalnya, invar, paduan besi-nikel).
Kerentanan terhadap Penggetasan Hidrogen
Saat dipanaskan di lingkungan-yang kaya hidrogen (misalnya, proses industri tertentu), tembaga menyerap hidrogen, sehingga melemahkan strukturnya dan menyebabkan keretakan (fenomena yang disebut "penggetasan hidrogen"). Hal ini membatasi penggunaannya dalam aplikasi-suhu tinggi dan terpapar hidrogen-seperti beberapa reaktor kimia.
Biaya Relatif dan Volatilitas Pasokan
Meskipun lebih murah dibandingkan logam seperti nikel atau titanium, tembaga lebih mahal dibandingkan aluminium (alternatif umum pada kabel listrik) atau baja. Selain itu, pasokan tembaga global terkonsentrasi di beberapa negara (misalnya Chili, Peru), yang menyebabkan ketidakstabilan harga akibat risiko geopolitik, gangguan pertambangan, atau lonjakan permintaan.
Penggunaan tembaga secara luas berasal dari sifatnya yang unik dan sangat berharga:
Konduktivitas Listrik Luar Biasa
Tembaga memiliki konduktivitas listrik tertinggi dibandingkan logam biasa (tidak termasuk perak), dengan tingkat konduktivitas ~58 MS/m (pada 20 derajat ). Hal ini meminimalkan hilangnya energi dalam transmisi listrik-yang penting untuk jaringan listrik, perkabelan, dan elektronik, di mana efisiensi berdampak langsung pada biaya dan kinerja.
Konduktivitas Termal Yang Sangat Baik
Konduktivitas termal tembaga (~401 W/m·K pada 20 derajat ) jauh lebih tinggi dibandingkan kebanyakan logam. Bahan ini mentransfer panas dengan cepat, sehingga ideal untuk heat sink (di komputer/elektronik), radiator, peralatan masak, dan aplikasi penukar panas-yang memerlukan pengelolaan panas yang efisien.
Daktilitas dan Kemampuan Bentuk yang Tinggi
Tembaga sangat ulet, artinya dapat ditarik menjadi-kabel yang sangat tipis (setipis 0,001 mm) atau ditekuk, dicap, atau digulung menjadi bentuk rumit tanpa retak. Fleksibilitas ini memungkinkannya diproduksi menjadi beragam produk, mulai dari papan sirkuit kecil hingga pipa air besar.
Biokompatibilitas
Tembaga bersifat inert secara biologis dan tidak-beracun bagi manusia, sehingga cocok untuk aplikasi medis. Tembaga digunakan dalam instrumen bedah, perangkat implan (misalnya, ujung alat pacu jantung), dan permukaan antimikroba (paduan tembaga membunuh bakteri seperti E. coli dan MRSA, sehingga mengurangi risiko infeksi di rumah sakit).
Kemampuan Daur Ulang yang Tinggi
Tembaga 100% dapat didaur ulang tanpa kehilangan sifat-sifatnya. Mendaur ulang tembaga hanya menggunakan ~10% energi yang dibutuhkan untuk menambang dan memurnikan tembaga baru, sehingga mengurangi emisi karbon dan dampak lingkungan. Sekitar 35% permintaan tembaga global dipenuhi oleh tembaga daur ulang, sehingga mendukung manufaktur berkelanjutan.
