Elektrisk ledningsevne af metaller

Elektrisk ledningsevne i metaller er et resultat af bevægelse af elektrisk ladede partikler. Atomerne i metalelementer er kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​valenselektroner, der er elektroner i det ydre skal af et atom, der er frit at bevæge sig rundt. Det er disse "frie elektroner", der tillader metaller at lede en elektrisk strøm.

Fordi valenselektroner er frie til at bevæge sig, kan de bevæge sig gennem gitteret, der danner den fysiske struktur af et metal. Under et elektrisk felt bevæger frie elektroner sig gennem metallet meget som billardkugler der banker mod hinanden og passerer en elektrisk ladning, når de bevæger sig.

Overførslen af ​​energi er stærkest, når der er lidt modstand. På et billardbord forekommer dette, når en bold slår mod en anden enkelt kugle og overfører det meste af sin energi til den næste bold. Hvis en enkelt bold rammer flere andre kugler, vil hver af dem kun bære en brøkdel af energien.

På samme måde er de mest effektive ledere af elektricitet metaller, der har en enkelt valenselektron, der er fri til at bevæge sig og forårsager en stærk afvisende reaktion i andre elektroner. Dette er tilfældet i de mest ledende metaller, såsom sølv,

Halvledermetaller (eller metalloider) har et større antal valenselektroner (normalt fire eller flere). Så selv om de kan lede elektricitet, er de ineffektive til opgaven. Når der opvarmes eller dopes med andre elementer, kan halvledere dog lide silicium og germanium kan blive ekstremt effektive ledere af elektricitet.

Ledning i metaller skal følge Ohms lov, der siger, at strømmen er direkte proportional med det elektriske felt, der påføres metallet. Loven, opkaldt efter den tyske fysiker Georg Ohm, dukkede op i 1827 i et offentliggjort papir, hvori der blev fastlagt hvordan strøm og spænding måles via elektriske kredsløb. Nøglevariablen til anvendelse af Ohms lov er et metal's resistivitet.

Modstand er det modsatte af elektrisk ledningsevne, hvor man vurderer, hvor stærkt et metal modsætter sig strømmen af ​​elektrisk strøm. Dette måles almindeligvis på tværs af de modsatte flader af en en-terning terning af materiale og beskrives som en ohm-meter (Ω⋅m). Resistivitet er ofte repræsenteret ved det græske bogstav rho (ρ).

På den anden side måles elektrisk ledningsevne almindeligvis med sekener pr. Meter (S⋅m⁻¹) og repræsenteret ved det græske bogstav sigma (σ). Ét siemen er lig med det gensidige ved en ohm.

* Bemærk: Modstanden for halvledere (metalloider) er stærkt afhængig af tilstedeværelsen af ​​urenheder i materialet.