Elektrisk ledningsevne i metaller er et resultat af bevægelsen af elektrisk ladede partikler.
Atomer af metalelementer er karakteriseret ved tilstedeværelsen af valenselektroner - elektroner i den ydre skal af et atom, som er fri til at bevæge sig om. Det er disse 'fri elektroner', der tillader metaller at udføre en elektrisk strøm.
Fordi valenselektroner er fri til at bevæge sig, kan de rejse gennem gitteret, der danner den fysiske struktur af et metal.
Under et elektrisk felt bevæger de frie elektroner gennem metalmet meget som billardkugler banker mod hinanden, idet de forbinder en elektrisk ladning, når de bevæger sig.
Overførsel af energi er stærkest, når der er ringe modstand. På et billardbord sker dette, når en bold rammer en anden enkeltkugle, der overfører det meste af sin energi til den næste bold. Hvis en enkelt bold rammer flere andre bolde, vil hver af dem kun bære en brøkdel af energien.
På samme måde er de mest effektive ledere af elektricitet metaller, som har en enkelt valenselektron, som er fri til at bevæge sig og forårsager en stærk afstødende reaktion i andre elektroner. Dette er tilfældet i de mest ledende metaller, såsom sølv , guld og kobber , der hver har en enkelt valenselektron, der bevæger sig med lidt modstand og forårsager en stærk afstødningsreaktion.
Halvledende metaller (eller metalloider ) har et højere antal valenselektroner (normalt fire eller flere), så selvom de kan lede elektricitet, er de ineffektive i opgaven.
Men når de opvarmes eller dopes med andre elementer, kan halvledere som silicium og germanium blive ekstremt effektive ledere af elektricitet.
Ledning i metaller skal følge Ohms lov, der angiver, at strømmen er direkte proportional med det elektriske felt, der påføres metallet. Nøglevariablen ved at anvende Ohms lov er et metals resistivitet.
Modstandsdygtighed er det modsatte af elektrisk ledningsevne, og vurderer hvor stærkt et metal modsætter strømmen af elektrisk strøm. Dette måles almindeligvis på tværs af de modsatte flader af en 1 meter kube af materiale og beskrives som en ohmmåler (Ω⋅m). Modstandsevne repræsenteres ofte af det græske bogstav rho (ρ).
Elektrisk ledningsevne er derimod almindeligvis målt ved siemens pr. Meter (S⋅m -1 ) og repræsenteret af det græske bogstav sigma (σ). En siemens er lig med den gensidige af en ohm.
Ledningsevne og resistivitet i metaller
Materiale | Resistivity | Ledningsevne |
|---|---|---|
| Sølv | 1,59x10 -8 | 6,30x10 7 |
| Kobber | 1,68x10 -8 | 5,98x10 7 |
| Annealed Kobber | 1,72x10 -8 | 5,80x10 7 |
| Guld | 2,44x10 -8 | 4,52x10 7 |
| Aluminium | 2,82x10 -8 | 3,5x10 7 |
| Calcium | 3,36x10 -8 | 2,82x10 7 |
| Beryllium | 4.00x10 -8 | 2.500x10 7 |
| Rhodium | 4.49x10 -8 | 2.23x10 7 |
| Magnesium | 4,66x10-8 | 2,15x10 7 |
| Molybdæn | 5.225x10 -8 | 1.914x10 7 |
| Iridium | 5.289x10 -8 | 1.891x10 7 |
| Wolfram | 5,49 x 10 -8 | 1,82x10 7 |
| Zink | 5.945x10 -8 | 1,682x10 7 |
| Cobalt | 6,25x10-8 | 1,60x10 7 |
| Cadmium | 6,84x10 -8 | 1,46 7 |
| Nikkel (elektrolytisk) | 6,84x10 -8 | 1,46 x 10 7 |
| Ruthenium | 7.595x10 -8 | 1,31x10 7 |
| Lithium | 8,54x10-8 | 1,17x10 7 |
| Jern | 9,58x10 -8 | 1,04x10 7 |
| platin | 1,06x10 -7 | 9,44x10 6 |
| palladium | 1,08x10 -7 | 9,28x10 6 |
| Tin | 1,15x10 -7 | 8,7x10 6 |
| Selen | 1.197x10 -7 | 8,35x10 6 |
| Tantal | 1,24x10 -7 | 8,06x10 6 |
| Niobium | 1,31x10 -7 | 7,66x10 6 |
| Stål (Cast) | 1,61x10 -7 | 6,21x10 6 |
| Chrom | 1,96x10 -7 | 5,10x10 6 |
| At føre | 2,05x10 -7 | 4,87 x 10 6 |
| Vanadium | 2,61x10 -7 | 3,83 x 10 6 |
| uran | 2,87x10 -7 | 3,48 x 10 6 |
| Antimon * | 3,92 x 10 -7 | 2,55x10 6 |
| Zirconium | 4,105x10 -7 | 2,44x10 6 |
| Titanium | 5,56x10 -7 | 1.798x10 6 |
| Kviksølv | 9,58x10 -7 | 1.044x10 6 |
| Germanium * | 4,6 x 10 -1 | 2,17 |
| Silicon * | 6,40 x 10 2 | 1,56x10 -3 |
* Bemærk: Halvledernes resistivitet (metalloider) er stærkt afhængig af tilstedeværelsen af urenheder i materialet.
Diagramkildedata
Eddy Current Technology Inc.
URL: http://eddy-current.com/conductivity-of-metals-sorted-by-resistivity/
Wikipedia: Elektrisk ledningsevne
URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_conductivity