De waarde van metalen wordt direct bepaald door hun chemische en fysische eigenschappen. In het geval van een indicator als elektrische geleidbaarheid is deze relatie niet zo eenvoudig. Het meest elektrisch geleidende metaal, gemeten bij kamertemperatuur (+20 °C), is zilver.
Maar de hoge kosten beperken het gebruik van zilveren onderdelen in de elektrotechniek en micro-elektronica. Zilveren elementen in dergelijke apparaten worden alleen gebruikt in het geval van economische haalbaarheid.
Fysieke betekenis van geleidbaarheid
Het gebruik van metalen geleiders heeft een lange geschiedenis. Wetenschappers en ingenieurs die werkzaam zijn op het gebied van wetenschap en technologie die elektriciteit gebruiken, hebben lang besloten materialen te gebruiken voor draden, klemmen, contacten, printplaten, enz. Een fysieke grootheid die elektrische geleidbaarheid wordt genoemd, helpt bij het bepalen van het meest elektrisch geleidende metaal ter wereld.
Het concept van geleidbaarheid is omgekeerd aan elektrische weerstand. kwantitatieve uitdrukkinggeleidbaarheid is gerelateerd aan de eenheid van weerstand, die in het internationale systeem van eenheden (SI) wordt gemeten in ohm. De eenheid van elektrische geleidbaarheid in het SI-systeem is Siemens. De Russische aanduiding voor deze eenheid is Sm, de internationale is S. Een elektrische geleidbaarheid van 1 Sm heeft een sectie van een elektrisch netwerk met een weerstand van 1 Ohm.
Geleidbaarheid
De maatstaf voor het vermogen van een stof om elektriciteit te geleiden, wordt elektrische geleidbaarheid genoemd. Het meest elektrisch geleidende metaal heeft de hoogste vergelijkbare indicator. Deze eigenschap kan instrumenteel voor elke stof of elk medium worden bepaald en heeft een numerieke uitdrukking. De elektrische geleidbaarheid van een cilindrische geleider van eenheidslengte en eenheidsdoorsnede is gerelateerd aan de specifieke weerstand van deze geleider.
De systeemeenheid van geleidbaarheid is Siemens per meter - Sm/m. Om erachter te komen welk van de metalen het meest elektrisch geleidende metaal ter wereld is, volstaat het om hun specifieke, experimenteel bepaalde geleidbaarheid te vergelijken. U kunt de soortelijke weerstand bepalen met behulp van een speciaal apparaat - een microohmmeter. Deze kenmerken zijn omgekeerd afhankelijk.
Geleidbaarheid van metalen
Het concept van elektrische stroom als een gerichte stroom van geladen deeltjes lijkt harmonieuzer voor stoffen die zijn gebaseerd op kristalroosters die kenmerkend zijn voor metalen. Ladingsdragers bij elektrische stroom in metalen zijn vrije elektronen, en geen ionen zoals bij vloeibare media. Experimenteel is vastgesteld dat wanneer er een stroom in metalen optreedt, er geener is een overdracht van materiedeeltjes tussen geleiders.
Metaalstoffen verschillen van andere in lossere bindingen op atomair niveau. De interne structuur van metalen wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van een groot aantal "eenzame" elektronen. die onder de geringste invloed van elektromagnetische krachten een gerichte stroming vormen. Daarom is het niet voor niets dat metalen de beste geleiders van elektrische stroom zijn, en het zijn precies zulke moleculaire interacties die het meest elektrisch geleidende metaal onderscheiden. Een andere specifieke eigenschap van metalen is gebaseerd op de structurele kenmerken van het kristalrooster van metalen - hoge thermische geleidbaarheid.
Top beste geleiders - metalen
4 metalen die van praktisch belang zijn voor hun gebruik als elektrische geleiders, worden in de volgende volgorde verdeeld ten opzichte van de geleidbaarheidswaarde, gemeten in S/m:
- Zilver - 62 500 000.
- Koper - 59.500.000.
- Goud - 45.500.000.
- Aluminium - 38.000.000.
Het is te zien dat zilver het meest elektrisch geleidende metaal is. Maar net als goud wordt het alleen in speciale, specifieke gevallen gebruikt om het elektriciteitsnet te organiseren. De reden zijn de hoge kosten.
Maar koper en aluminium zijn de meest voorkomende keuze voor elektrische apparaten en kabelproducten vanwege hun lage elektrische weerstand en betaalbaarheid. Andere metalen worden zelden als geleiders gebruikt.
Factoren die de geleidbaarheid van metalen beïnvloeden
Zelfs de meest elektrisch geleidendehet metaal vermindert zijn geleidbaarheid als het andere additieven en onzuiverheden bevat. Legeringen hebben een andere kristalroosterstructuur dan "zuivere" metalen. Het onderscheidt zich door een schending van de symmetrie, scheuren en andere defecten. Geleidbaarheid neemt ook af met toenemende omgevingstemperatuur.
De verhoogde weerstand die inherent is aan legeringen vindt toepassing in verwarmingselementen. Het is geen toeval dat nichroom, fechral en andere legeringen worden gebruikt om werkende elementen van elektrische ovens en kachels te maken.
Het meest elektrisch geleidende metaal is edel zilver, dat meer wordt gebruikt door juweliers voor het slaan van munten, enz. Maar in technologie en instrumentatie worden de speciale chemische en fysische eigenschappen ervan veel gebruikt. Zo wordt verzilvering niet alleen gebruikt in eenheden en assemblages met verminderde weerstand, maar beschermt het ook contactgroepen tegen oxidatie. De unieke eigenschappen van zilver en zijn legeringen maken het gebruik ervan ondanks de hoge kosten vaak gerechtvaardigd.
