Przewodnictwo elektryczne metali

Przewodnictwo elektryczne w metalach jest wynikiem ruchu cząstek naładowanych elektrycznie. Atomy elementów metalowych charakteryzują się obecnością elektronów walencyjnych, które są elektronami w zewnętrznej powłoce atomu, które mogą się swobodnie poruszać. To właśnie te „wolne elektrony” umożliwiają metalom przewodzenie prądu elektrycznego.

Ponieważ elektrony walencyjne mogą się swobodnie poruszać, mogą przemieszczać się przez sieć, która tworzy fizyczną strukturę metalu. Pod polem elektrycznym swobodne elektrony poruszają się przez metal, podobnie jak kule bilardowe, które uderzają o siebie, przenosząc ładunek elektryczny podczas ruchu.

Transfer energii jest najsilniejszy, gdy występuje niewielki opór. Na stole bilardowym dzieje się tak, gdy piłka uderza w inną pojedynczą piłkę, przekazując większość swojej energii na następną piłkę. Jeśli jedna piłka uderzy w wiele innych, każda z nich będzie przenosić tylko ułamek energii.

Z tego samego powodu najskuteczniejszymi przewodnikami elektryczności są metale, które mają pojedynczy elektron walencyjny, który może się swobodnie poruszać i powoduje silną reakcję odpychającą na innych elektronach. Tak jest w przypadku najbardziej przewodzących metali, takich jak srebro,

Metale półprzewodnikowe (lub metaloidy) mają większą liczbę elektronów walencyjnych (zwykle cztery lub więcej). Tak więc, chociaż mogą przewodzić prąd, są nieefektywni w zadaniu. Jednak po podgrzaniu lub domieszkowaniu innymi elementami półprzewodniki takie krzem a german może stać się niezwykle wydajnymi przewodnikami elektryczności.

Przewodnictwo w metalach musi być zgodne z prawem Ohma, które stwierdza, że ​​prąd jest wprost proporcjonalny do pola elektrycznego przyłożonego do metalu. Prawo, nazwane na cześć niemieckiego fizyka Georga Ohma, pojawiło się w 1827 r. W opublikowanym artykule określającym sposób pomiaru prądu i napięcia za pomocą obwodów elektrycznych. Kluczową zmienną w zastosowaniu prawa Ohma jest oporność metalu.

Rezystywność jest przeciwieństwem przewodnictwa elektrycznego, oceniając, jak silnie metal przeciwdziała przepływowi prądu elektrycznego. Jest to zwykle mierzone na przeciwległych powierzchniach metrowego sześcianu materiału i opisywane jako omomierz (Ω⋅m). Oporność jest często reprezentowana przez grecką literę rho (ρ).

Z drugiej strony, przewodność elektryczna jest zwykle mierzona przez siemens na metr (S⋅m⁻¹) i reprezentowane przez grecką literę sigma (σ). Jeden siemens jest równy odwrotności jednego omu.

* Uwaga: Rezystywność półprzewodników (metaloidów) jest silnie zależna od obecności zanieczyszczeń w materiale.