Видео: Урок 294. Основы электронной теории электропроводности металлов 2024
Электропроводность в металлах является результатом движения электрически заряженных частиц.
Атомы металлических элементов характеризуются наличием валентных электронов - электронов во внешней оболочке атома, которые могут свободно перемещаться. Именно эти «свободные электроны» позволяют металлам проводить электрический ток.
Поскольку валентные электроны свободны в движении, они могут проходить через решетку, которая образует физическую структуру металла.
Под электрическим поле свободные электроны движутся по металлу так же, как бильярдные шарики, сбивающиеся друг с другом, пропуская электрический заряд по мере их перемещения.
Передача энергии сильней, когда сопротивление мало. На бильярдном столе это происходит, когда мяч ударяет по другому одиночному шару, передавая большую часть своей энергии на следующий мяч. Если один мяч ударяет по нескольким другим шарам, каждый из них будет нести только часть энергии.
К тому же наиболее эффективными проводниками электричества являются металлы, которые имеют один валентный электрон, который свободно перемещается и вызывает сильную реакцию отталкивания в других электронах. Это имеет место в наиболее проводящих металлах, таких как серебро, золото и медь, каждый из которых имеет единственный валентный электрон, который движется с небольшим сопротивлением и вызывает сильную отталкивающую реакцию.
Полупроводниковые металлы (или металлоиды) имеют большее количество валентных электронов (обычно четыре или более), поэтому, хотя они могут проводить электричество, они неэффективны в задаче.
Однако при нагревании или легировании другими элементами полупроводники, такие как кремний и германий, могут стать чрезвычайно эффективными проводниками электричества.
Проводимость в металлах должна следовать закону Ома, который утверждает, что ток прямо пропорционален электрическому полю, приложенному к металлу. Ключевой переменной при применении Закона Ома является удельное сопротивление металла.
Сопротивление противоположно электропроводности, оценивая, насколько сильно металл выступает против потока электрического тока. Это обычно измеряется через противоположные поверхности однометрового куба материала и описывается как омметр (Ω⋅m). Сопротивление часто представлено греческой буквой rho (ρ).
Электропроводность, с другой стороны, обычно измеряется сименсами на метр (S⋅m -1 ) и представлена греческой буквой сигма (σ). Один сименс равен обратному одному ому.
Проводимость и сопротивление в металлах
Материал |
Сопротивление
|
Проводимость
|
|---|---|---|
| Серебро | 1. 59x10 -8 | 6. 30x10 7 |
| Медь | 1. 68x10 -8 | 5. 98x10 7 |
| Отжиг меди | 1. 72x10 -8 | 5. 80x10 7 |
| Золото | 2.44x10 -8 | 4. 52x10 7 |
| Алюминий | 2. 82x10 -8 | 3. 5x10 7 |
| Кальций | 3. 36x10 -8 | 2. 82x10 7 |
| Бериллий | 4. 00x10 -8 | 2. 500x10 7 |
| Родий | 4. 49x10 -8 | 2. 23x10 7 |
| Магний | 4. 66x10 -8 | 2. 15x10 7 |
| Молибден | 5. 225x10 -8 | 1. 914x10 7 |
| Иридий | 5. 289x10 -8 | 1. 891x10 7 |
| Вольфрам | 5. 49x10 -8 | 1. 82x10 7 |
| Цинк | 5. 945x10 -8 | 1. 682x10 7 |
| Кобальт | 6. 25x10 -8 | 1. 60x10 7 |
| Кадмий | 6. 84x10 -8 | 1. 46 7 |
| Никель (электролитический) | 6. 84x10 -8 | 1. 46x10 7 |
| рутений | 7. 595x10 -8 | 1. 31x10 7 |
| Литий | 8. 54x10 -8 | 1. 17x10 7 |
| Железо | 9. 58x10 -8 | 1. 04x10 7 |
| Платина | 1. 06x10 -7 | 9. 44x10 6 |
| Палладий | 1. 08x10 -7 | 9. 28x10 6 |
| Олово | 1. 15x10 -7 | 8. 7x10 6 |
| Селен | 1. 197x10 -7 | 8. 35x10 6 |
| Тантал | 1. 24x10 -7 | 8. 06x10 6 |
| Ниобий | 1. 31x10 -7 | 7. 66x10 6 |
| Сталь (Cast) | 1. 61x10 -7 | 6. 21x10 6 |
| Хром | 1. 96x10 -7 | 5. 10x10 6 |
| Свинец | 2. 05x10 -7 | 4. 87x10 6 |
| Ванадий | 2. 61x10 -7 | 3. 83x10 6 |
| Уран | 2. 87x10 -7 | 3. 48x10 6 |
| Сурьма * | 3. 92x10 -7 | 2. 55x10 6 |
| Цирконий | 4. 105x10 -7 | 2. 44x10 6 |
| Титан | 5. 56x10 -7 | 1. 798x10 6 |
| Ртуть | 9. 58x10 -7 | 1. 044x10 6 |
| Германий * | 4. 6x10 1 | 2. 17 |
| кремния * | 6. 40x10 2 | 1. 56x10 -3 |
* Примечание: удельное сопротивление полупроводников (металлоидов) сильно зависит от присутствия примесей в материале.
Исходные данные диаграммы
Eddy Current Technology Inc.
URL: // вихревые токи. com / проводимость-металлов-сортировка по удельному сопротивлению /
Википедия: Электропроводность
URL: // ru. википедия. орг / вики / Electrical_conductivity
Узнать, какие металлы являются магнитными, и почему магнетизм в металлах
Создается неравномерным распределением электронов в атомах некоторые металлические элементы. Узнайте, какие металлы являются магнитными и почему
Узнать об огнеупорных металлах
Термин «тугоплавкий металл» используется для описания группы металлических элементов с высокими температурами плавления и устойчивы к износу, коррозии и деформации.