Elektrická vodivost v kovech je výsledkem pohybu elektricky nabitých částic. Atomy kovových prvků jsou charakterizovány přítomností valenčních elektronů, což jsou elektrony ve vnějším obalu atomu, které se mohou volně pohybovat. Právě tyto „volné elektrony“ umožňují kovům vést elektrický proud.
Protože valenční elektrony se mohou volně pohybovat, mohou cestovat mřížkou, která tvoří fyzikální strukturu kovu. Pod elektrickým polem se volné elektrony pohybují kovem podobně jako kulečníkové koule klepající proti sobě a při pohybu elektrický náboj.
Přenos energie
Přenos energie je nejsilnější, když existuje malý odpor. Na kulečníkovém stole k tomu dochází, když míč narazí na jiný jednotlivý míč a předá většinu své energie na další míč. Pokud jedna koule zasáhne více dalších koulí, každá z nich bude mít jen zlomek energie.
Ze stejného důvodu jsou nejúčinnějšími vodiči elektřiny kovy, které mají jediný valenční elektron, který se může volně pohybovat a způsobuje silnou odpuzující reakci v jiných elektronech. To je případ nejvodivějších kovů, jako je stříbro,
zlato, a měď. Každý má jediný valenční elektron, který se pohybuje s malým odporem a způsobuje silnou odpuzující reakci.Polovodičové kovy (nebo metaloidy) mají vyšší počet valenčních elektronů (obvykle čtyři nebo více). Takže, i když dokážou vést elektřinu, jsou při úkolu neefektivní. Když se však zahřívají nebo dotují jinými prvky, polovodiče jako křemík a germanium se mohou stát extrémně účinnými vodiči elektřiny.
Kovová vodivost
Vedení v kovech musí následovat Ohmův zákon, který říká, že proud je přímo úměrný elektrickému poli aplikovanému na kov. Zákon, pojmenovaný podle německého fyzika Georga Ohma, se objevil v roce 1827 v publikovaném článku, který stanovil, jak se měří proud a napětí pomocí elektrických obvodů. Klíčovou proměnnou při uplatňování Ohmova zákona je odpor kovu.
Odpor je opakem elektrické vodivosti a hodnotí, jak silně kov působí proti proudu elektrického proudu. Toto je obyčejně měřeno přes protilehlé plochy jedné metrové krychle materiálu a popsáno jako ohm metr (Ω⋅m). Odpor je často představován řeckým písmenem rho (ρ).
Naproti tomu elektrická vodivost se obvykle měří v siemens na metr (S⋅m−1) a reprezentované řeckým písmenem sigma (σ). Jeden siemens se rovná recipročnímu jednomu ohmu.
Vodivost, odpor kovů
Materiál |
Odolnost |
Vodivost |
|---|---|---|
| stříbrný | 1,59 x 10-8 | 6,30x107 |
| Měď | 1,68x10-8 | 5,98 x 107 |
| Žíhaná měď | 1,72x10-8 | 5,80x107 |
| Zlato | 2,44x10-8 | 4,52 x 107 |
| Hliník | 2,82x10-8 | 3,5 x 107 |
| Vápník | 3,36x10-8 | 2,82x107 |
| Berylium | 4,00 x 10-8 | 2 500 x 107 |
| Rhodium | 4,49 x 10-8 | 2,23x107 |
| Hořčík | 4,66 x 10-8 | 2,15x107 |
| Molybden | 5,225x10-8 | 1,914 x 107 |
| Iridium | 5,29x10-8 | 1,891 x 107 |
| Wolfram | 5,49 x 10-8 | 1,82x107 |
| Zinek | 5,945x10-8 | 1,682x107 |
| Kobalt | 6,25 x 10-8 | 1,60x107 |
| Kadmium | 6,84 x 10-8 | 1.467 |
| Nikl (elektrolytický) | 6,84 x 10-8 | 1,46x107 |
| Ruthenium | 7,595 x 10-8 | 1,31x107 |
| Lithium | 8,54 x 10-8 | 1,17x107 |
| Žehlička | 9,58 x 10-8 | 1,04 x 107 |
| Platina | 1,06 x 10-7 | 9,44 x 106 |
| Palladium | 1,08 x 10-7 | 9,28 x 106 |
| Cín | 1,15x10-7 | 8,7 x 106 |
| Selen | 1,197x10-7 | 8,35 x 106 |
| Tantal | 1,24x10-7 | 8,06 x 106 |
| Niobium | 1,31x10-7 | 7,66 x 106 |
| Ocel (litá) | 1,61x10-7 | 6,21 x 106 |
| Chromium | 1,96 x 10-7 | 5,10 x 106 |
| Vést | 2,05 x 10-7 | 4,87 x 106 |
| Vanadium | 2,61x10-7 | 3,83x106 |
| Uran | 2,87x10-7 | 3,48x106 |
| Antimony * | 3,92 x 10-7 | 2,55 x 106 |
| Zirkonium | 4,105 x 10-7 | 2,44x106 |
| Titan | 5,56 x 10-7 | 1,798 x 106 |
| Rtuť | 9,58 x 10-7 | 1,044 x 106 |
| Germanium* | 4,6 x 10-1 | 2.17 |
| Křemík* | 6,40x102 | 1,56 x 10-3 |
* Poznámka: Odpor polovodičů (metaloidů) je silně závislý na přítomnosti nečistot v materiálu.