Metallien arvon määräävät suoraan niiden kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet. Tällaisen indikaattorin, kuten sähkönjohtavuuden, tapauksessa tämä suhde ei ole niin suoraviivainen. Sähköä johtavin metalli huoneenlämpötilassa (+20 °C) mitattuna on hopea.
Mutta korkea hinta rajoittaa hopeaosien käyttöä sähkötekniikassa ja mikroelektroniikassa. Tällaisissa laitteissa käytetään hopeaelementtejä vain, jos se on taloudellisesti mahdollista.
Johtavuuden fyysinen merkitys
Metallisten johtimien käytöllä on pitkä historia. Sähköä käyttävillä tieteen ja teknologian aloilla työskentelevät tutkijat ja insinöörit ovat jo pitkään päättäneet materiaaleista johtoihin, liittimiin, koskettimiin, piirilevyihin jne. Fysikaalinen suure, jota kutsutaan sähkönjohtavuudelle, auttaa määrittämään maailman sähköä johtavan metallin.
Johtavuuden käsite on käänteinen sähkövastuksen suhteen. määrällinen ilmaisuJohtavuus liittyy vastuksen yksikköön, joka kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI) mitataan ohmeina. Sähkönjohtavuuden yksikkö SI-järjestelmässä on Siemens. Tämän yksikön venäläinen nimitys on Sm, kansainvälinen on S. 1 Sm:n sähkönjohtavuudella on osa sähköverkosta, jonka resistanssi on 1 ohm.
Johtavuus
Aineen sähkönjohtavuuden mittaa kutsutaan sähkönjohtavuudeksi. Sähköä johtavalla metallilla on korkein vastaava indikaattori. Tämä ominaisuus voidaan määrittää mille tahansa aineelle tai väliaineelle instrumentaalisesti, ja sillä on numeerinen lauseke. Yksikköpituisen ja poikkileikkauspinta-alan yksikön omaavan lieriömäisen johtimen sähkönjohtavuus liittyy tämän johtimen ominaisresistanssiin.
Järjestelmän johtavuuden yksikkö on Siemens per metri - Sm/m. Jotta saadaan selville, mikä metalleista on maailman sähköä johtavin metalli, riittää vertailla niiden kokeellisesti määritettyä ominaisjohtavuutta. Voit määrittää resistiivisyyden erityisellä laitteella - mikroohmimittarilla. Nämä ominaisuudet ovat käänteisesti riippuvaisia.
Metallien johtavuus
Ajatus sähkövirrasta varautuneiden hiukkasten suunnattuna virtana vaikuttaa harmonisemm alta aineille, jotka perustuvat metalleille ominaisiin kidehiloihin. Varauksenkantajat metallien sähkövirran sattuessa ovat vapaita elektroneja, eivät ioneja, kuten nestemäisten väliaineiden tapauksessa. On kokeellisesti osoitettu, että kun metalleissa esiintyy virtaa, sitä ei oletapahtuu aineen hiukkasten siirtymistä johtimien välillä.
Metalliset aineet eroavat muista löysemmillä sidoksilla atomitasolla. Metallien sisäiselle rakenteelle on ominaista suuri määrä "yksinäisiä" elektroneja. jotka pienimmästäkin sähkömagneettisten voimien vaikutuksesta muodostavat suunnatun virtauksen. Siksi ei ole turhaa, että metallit ovat parhaita sähkövirran johtimia, ja juuri tällaiset molekyylivuorovaikutukset erottavat sähköä johtavan metallin. Toinen metallien erityinen ominaisuus perustuu metallien kidehilan rakenteellisiin ominaisuuksiin - korkeaan lämmönjohtavuuteen.
Parhaat johtimet - metallit
4 metallia, joilla on käytännön merkitystä niiden sähköjohtimien käytön kann alta, jakautuvat seuraavassa järjestyksessä suhteessa johtavuuden arvoon, mitattuna S/m:
- Hopea - 62 500 000.
- Kupari - 59 500 000.
- Kulta - 45 500 000.
- Alumiini - 38 000 000.
Voidaan nähdä, että sähköäjohtavin metalli on hopea. Mutta kuten kultaa, sitä käytetään sähköverkon järjestämiseen vain erityistapauksissa. Syynä ovat korkeat kustannukset.
Mutta kupari ja alumiini ovat yleisin valinta sähkölaitteissa ja kaapelituotteissa niiden alhaisen sähkövastuksen ja kohtuuhintaisuuden vuoksi. Muita metalleja käytetään harvoin johtimina.
Metallien johtavuuteen vaikuttavat tekijät
Jopa eniten sähköä johtavametalli heikentää johtavuuttaan, jos se sisältää muita lisäaineita ja epäpuhtauksia. Seoksilla on erilainen kidehilarakenne kuin "puhtailla" metalleilla. Se erottuu symmetrian rikkomisesta, halkeamista ja muista vioista. Johtavuus heikkenee myös ympäristön lämpötilan noustessa.
Seoksille ominaista lisääntynyttä vastusta voidaan käyttää lämmityselementeissä. Ei ole sattumaa, että nikromia, fekraalia ja muita seoksia käytetään sähköuunien ja -lämmittimien työosien valmistukseen.
Sähköä johtavin metalli on jalohopea, jota jalokivikauppiaat käyttävät enemmän kolikoiden lyömiseen jne. Mutta tekniikassa ja instrumenteissa sen erityisiä kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia käytetään laaj alti. Esimerkiksi hopeapinnoitus suojaa kosketusryhmiä hapettumiselta sen lisäksi, että sitä käytetään yksiköissä ja kokoonpanoissa, joiden vastus on pienempi. Hopean ja sen seosten ainutlaatuiset ominaisuudet tekevät sen käytön usein perusteltua korkeista kustannuksista huolimatta.
