Przewodność elektryczna w metalach jest wynikiem ruchu elektrycznie naładowanych cząstek.
Atomy pierwiastków metalicznych charakteryzują się obecnością elektronów walencyjnych - elektronów w zewnętrznej powłoce atomu, swobodnie poruszających się. To właśnie te "wolne elektrony" umożliwiają metalom przewodzenie prądu elektrycznego.
Ponieważ elektrony walencyjne mogą swobodnie się poruszać, mogą podróżować przez siatkę, która tworzy fizyczną strukturę metalu.
Pod polem elektrycznym swobodne elektrony poruszają się w metalu jak kule bilardowe, które uderzają o siebie, przesuwając ładunek elektryczny podczas ruchu.
Transfer energii jest najsilniejszy, gdy występuje niewielki opór. Na stole bilardowym występuje to, gdy piłka uderza w inną pojedynczą piłkę, przekazując większość swojej energii na następną piłkę. Jeśli pojedyncza bila uderza w wiele innych kulek, każda z nich będzie zawierała tylko ułamek energii.
Z tego samego powodu, najbardziej efektywnymi przewodnikami elektryczności są metale, które mają pojedynczy elektron walencyjny, który może swobodnie poruszać się i powoduje silną reakcję odpychania w innych elektronach. Tak jest w przypadku najbardziej przewodzących metali, takich jak srebro , złoto i miedź , z których każda ma jeden walencyjny elektron, który porusza się z niewielkim oporem i wywołuje silną reakcję odpychania.
Metale półprzewodnikowe (lub metaloidy ) mają większą liczbę elektronów walencyjnych (zwykle cztery lub więcej), więc chociaż mogą przewodzić prąd elektryczny, są one nieefektywne w tym zadaniu.
Jednak po podgrzaniu lub domieszkowaniu innymi elementami półprzewodniki jak krzem i german mogą stać się niezwykle wydajnymi przewodnikami elektrycznymi.
Przewodnictwo w metalach musi być zgodne z Prawem Ohma, które stwierdza, że prąd jest wprost proporcjonalny do pola elektrycznego przyłożonego do metalu. Kluczową zmienną w stosowaniu prawa Ohma jest oporność metalu.
Oporność jest przeciwieństwem przewodnictwa elektrycznego, oceniając, jak mocno metal przeciwstawia się prądowi elektrycznemu. Jest to zwykle mierzone po przeciwnych stronach sześcianu materiału i opisane jako omomierz (Ω⋅m). Oporność jest często reprezentowana przez grecką literę rho (ρ).
Przewodność elektryczna z drugiej strony jest zwykle mierzona przez siemeny na metr (S⋅m -1 ) i reprezentowana przez grecką literę sigma (σ). Jeden siemens jest równy odwrotności jednego ohm.
Przewodnictwo i rezystywność w metalach
Materiał | Oporność | Przewodność |
|---|---|---|
| Srebro | 1,59 x 10 -8 | 6,30x10 7 |
| Miedź | 1,68 x 10 -8 | 5,98 x 10 7 |
| Miedź wyżarzona | 1,72 x 10 -8 | 5,80 x 10 7 |
| Złoto | 2,44 x 10 -8 | 4,52 x 10 7 |
| Aluminium | 2,82 x 10 -8 | 3,5 x 10 7 |
| Wapń | 3,36 x 10 -8 | 2,82 x 10 7 |
| Beryl | 4,00 x 10 -8 | 2.500 x 10 7 |
| Rod | 4,49x10 -8 | 2,23x10 7 |
| Magnez | 4,66 x 10 -8 | 2,15 x 10 7 |
| Molibden | 5,225 x 10 -8 | 1,914 x 10 7 |
| Iridium | 5,289 x 10 -8 | 1,891 x 10 7 |
| Wolfram | 5,49 x 10 -8 | 1,82 x 10 7 |
| Cynk | 5,945 x 10 -8 | 1,682x10 7 |
| Kobalt | 6,25 x 10 -8 | 1,60 x 10 7 |
| Kadm | 6,84x10 -8 | 1,46 7 |
| Nikiel (elektrolityczny) | 6,84x10 -8 | 1,46x10 7 |
| Ruten | 7,595 x 10 -8 | 1,31x10 7 |
| Lit | 8,54 x 10 -8 | 1,17 x 10 7 |
| Żelazo | 9,58 x 10 -8 | 1,04x10 7 |
| Platyna | 1,06x10 -7 | 9,44 x 10 6 |
| Paladium | 1,08 x 10 -7 | 9,28 x 10 6 |
| Cyna | 1,15 x 10 -7 | 8,7 x 10 6 |
| Selen | 1,197 x 10 -7 | 8,35x10 6 |
| Tantal | 1,24x10 -7 | 8,06x10 6 |
| Niob | 1,31 x 10 -7 | 7,66 x 10 6 |
| Stal (Cast) | 1,61x10 -7 | 6,21 x 10 6 |
| Chrom | 1,96 x 10 -7 | 5,10x10 6 |
| Prowadzić | 2,05 x 10 -7 | 4,87x10 6 |
| Wanad | 2,61x10 -7 | 3,83 x 10 6 |
| Uran | 2,87x10 -7 | 3,48 x 10 6 |
| Antymon * | 3,92 x 10 -7 | 2,55 x 10 6 |
| Cyrkon | 4,105 x 10 -7 | 2,44 x 10 6 |
| Tytan | 5,56 x 10 -7 | 1,798 x 10 6 |
| Rtęć | 9,58 x 10 -7 | 1,044 x 10 6 |
| German* | 4,6 x 10 -1 | 2.17 |
| Krzem* | 6,40 x 10 2 | 1,56 x 10 " 3 |
* Uwaga: Rezystywność półprzewodników (niemetali) jest silnie uzależniona od obecności zanieczyszczeń w materiale.
Dane źródłowe wykresu
Eddy Current Technology Inc.
URL: http://eddy-current.com/conductivity-of-metals-sorted-by-resistivity/
Wikipedia: Przewodność elektryczna
URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Elektrical_conductivity