Электропроводность металлов

Электропроводность в металлах является результатом движения электрически заряженных частиц. Атомы металлических элементов характеризуются наличием валентных электронов, которые являются электронами во внешней оболочке атома, которые могут свободно перемещаться. Именно эти «свободные электроны» позволяют металлам проводить электрический ток.

Поскольку валентные электроны могут свободно двигаться, они могут проходить через решетку, которая образует физическую структуру металла. В электрическом поле свободные электроны движутся по металлу подобно бильярдным шарам, стучащим друг о друга, пропуская электрический заряд при движении.

Передача энергии является самой сильной, когда есть небольшое сопротивление. На бильярдном столе это происходит, когда мяч ударяет по другому отдельному шару, передавая большую часть своей энергии следующему шару. Если один мяч ударяет по нескольким другим шарам, каждый из них будет нести только часть энергии.

Кроме того, наиболее эффективными проводниками электричества являются металлы, которые имеют один валентный электрон, который может свободно двигаться и вызывает сильную отталкивающую реакцию в других электронах. Это имеет место в большинстве проводящих металлов, таких как серебро,

Полупроводниковые металлы (или металлоидов) имеют большее количество валентных электронов (обычно четыре или более). Таким образом, хотя они могут проводить электричество, они неэффективны в этой задаче. Однако при нагревании или легировании другими элементами полупроводники, такие как кремний и германий может стать чрезвычайно эффективным проводником электричества.

Проводимость металлов должна соответствовать закону Ома, согласно которому ток прямо пропорционален электрическому полю, приложенному к металлу. Закон, названный в честь немецкого физика Георга Ома, появился в 1827 году в опубликованной статье, в которой изложено, как измеряются ток и напряжение с помощью электрических цепей. Ключевой переменной в применении закона Ома является удельное сопротивление металла.

Удельное сопротивление является противоположностью электрической проводимости, оценивая, насколько сильно металл противостоит потоку электрического тока. Это обычно измеряется на противоположных гранях одного метра куба материала и описывается как омметр (Ω⋅m). Удельное сопротивление часто обозначается греческой буквой rho (ρ).

Электропроводность, с другой стороны, обычно измеряется с сименс на метр (См⁻¹) и представлена ​​греческой буквой сигма (σ). Один сименс равен обратной величине одного ома.

* Примечание: удельное сопротивление полупроводников (металлоидов) сильно зависит от наличия примесей в материале.