A fémek elektromos vezetőképessége az elektromosan töltött részecskék mozgásának eredménye. A fém elemek atomjait valencia elektronok jellemzik, amelyek egy atom külső héjában szabadon mozgó elektronok. Ezek a "szabad elektronok" teszik lehetővé a fémek számára az elektromos áram vezetését.
Mivel a valencia elektronok szabadon mozoghatnak, áthaladhatnak a rácson, amely egy fém fizikai szerkezetét képezi. Egy elektromos mező alatt a szabad elektronok úgy mozognak a fémön, mintha egymáshoz kopogó biliárdgolyók lépnének át, és mozogva elektromos töltésen mennének keresztül.
Energia átadása
Az energiaátadás a legerősebb, ha kevés ellenállás van. Biliárd asztalnál ez akkor fordul elő, amikor egy labda egy másik golyóra ütközik, és energiájának nagy részét a következő golyóra továbbítja. Ha egy golyó több más golyót is üt, akkor ezek mindegyike csak az energia töredékét fogja hordozni.
Ugyanígy a villamos energia leghatékonyabb vezetői azok a fémek, amelyek egyetlen vegyértékű elektronuk szabadon mozoghat, és más elektrónokban erős taszító reakciót válthat ki. Ez a helyzet a legvezetőbb fémeknél, mint például az ezüst,
Aranyés réz. Mindegyikükben van egy egyértékű elektron, amely kis ellenállással mozog, és erős taszító reakciót vált ki.Félvezető fémek (vagy félfémet) nagyobb valencia elektronok száma van (általában négy vagy több). Tehát, bár képesek áramot vezetni, hatástalanok a feladat elvégzésében. Más elemekkel hevítve vagy adalékolva a félvezetők, mint például szilícium és a germánium rendkívül hatékony villamos vezetővé válhat.
Fém vezetőképesség
A fémek vezetésében az Ohmi törvénynek meg kell felelnie, amely kimondja, hogy az áram közvetlenül arányos a fémre ható elektromos mezővel. A német fizikus, Georg Ohm elnevezésű törvény 1827-ben jelent meg egy közzétett cikkben, amely ismerteti, hogy az áram és a feszültség hogyan mérhető az elektromos áramkörökön keresztül. Az Ohmi törvény alkalmazásának kulcsfontosságú változója a fém ellenállása.
A ellenállás az elektromos vezetőképesség ellentéte, megítélve, hogy egy fém mennyire ellenzi az elektromos áramot. Ezt általában egy méteres anyagkocka ellenkező felületein mérik, és ohm-mérőként (Ω⋅m) írják le. A rezisztenciát gyakran a görög rho (ρ) betű képviseli.
Az elektromos vezetőképességet viszont általában siemens méterenként mérik (S⋅m−1) és a görög sigma (σ) betű képviseli. Egy siemens megegyezik egy ohm viszonosságával.
A fémek vezetőképessége, ellenállása
Anyag |
Resistivity |
Vezetőképesség |
|---|---|---|
| Ezüst | 1.59x10-8 | 6.30x107 |
| Réz | 1.68x10-8 | 5.98x107 |
| Meggyújtott réz | 1.72x10-8 | 5.80x107 |
| Arany | 2.44x10-8 | 4.52x107 |
| Alumínium | 2.82x10-8 | 3.5x107 |
| Kalcium | 3.36x10-8 | 2.82x107 |
| Berillium | 4.00x10-8 | 2.500x107 |
| Ródium | 4.49x10-8 | 2.23x107 |
| Magnézium | 4.66x10-8 | 2.15x107 |
| Molibdén | 5.225x10-8 | 1.914x107 |
| Iridium | 5.289x10-8 | 1.891x107 |
| Volfrám | 5.49x10-8 | 1.82x107 |
| Cink | 5.945x10-8 | 1.682x107 |
| Kobalt | 6.25x10-8 | 1.60x107 |
| Kadmium | 6.84x10-8 | 1.467 |
| Nikkel (elektrolitikus) | 6.84x10-8 | 1.46x107 |
| Ruténium | 7.595x10-8 | 1.31x107 |
| Lítium | 8.54x10-8 | 1.17x107 |
| Vas | 9.58x10-8 | 1.04x107 |
| Platina | 1.06x10-7 | 9.44x106 |
| Palladium | 1.08x10-7 | 9.28x106 |
| Ón | 1.15x10-7 | 8.7x106 |
| Szelén | 1.197x10-7 | 8.35x106 |
| Tantál | 1.24x10-7 | 8.06x106 |
| Nióbium | 1.31x10-7 | 7.66x106 |
| Acél (öntött) | 1.61x10-7 | 6.21x106 |
| Króm | 1.96x10-7 | 5.10x106 |
| Vezet | 2.05x10-7 | 4.87x106 |
| Vanádium | 2.61x10-7 | 3.83x106 |
| Uránium | 2.87x10-7 | 3.48x106 |
| Antimon* | 3.92x10-7 | 2.55x106 |
| Cirkónium | 4.105x10-7 | 2.44x106 |
| Titán | 5.56x10-7 | 1.798x106 |
| Higany | 9.58x10-7 | 1.044x106 |
| Germánium* | 4.6x10-1 | 2.17 |
| Szilícium* | 6.40x102 | 1.56x10-3 |
* Megjegyzés: A félvezetők (metalloidok) ellenállása erősen függ a szennyeződések jelenlététől az anyagban.