Elektrische geleidbaarheid in metalen

Elektrische geleidbaarheid in metalen is een gevolg van de beweging van elektrisch geladen deeltjes.

De atomen van metalen elementen worden gekenmerkt door de aanwezigheid van valentie-elektronen - elektronen in de buitenste schil van een atoom die vrij kunnen bewegen. Het zijn deze 'vrije elektronen' die ervoor zorgen dat metalen een elektrische stroom geleiden.

Omdat valentie-elektronen vrij kunnen bewegen, kunnen ze zich verplaatsen door het rooster dat de fysieke structuur van een metaal vormt.

Onder een elektrisch veld bewegen vrije elektronen door het metaal, net zoals biljartballen tegen elkaar botsen, terwijl ze een elektrische lading passeren terwijl ze bewegen.

De overdracht van energie is het sterkst wanneer er weinig weerstand is. Op een biljarttafel gebeurt dit wanneer een bal tegen een andere enkele bal slaat en het grootste deel van zijn energie op de volgende bal overbrengt. Als een enkele bal meerdere andere ballen raakt, zal elk van die ballen slechts een fractie van de energie bevatten.

Op dezelfde manier zijn de meest effectieve geleiders van elektriciteit metalen die een valentie-elektron hebben dat vrij is om te bewegen en dat een sterke afstotende reactie veroorzaakt bij andere elektronen. Dit is het geval in de meest geleidende metalen, zoals zilver , goud en koper , die elk een valentie-elektron hebben dat beweegt met weinig weerstand en een sterke afstotende reactie veroorzaakt.

Halfgeleidermetalen (of metalloïden ) hebben een hoger aantal valentie-elektronen (meestal vier of meer), dus hoewel ze elektriciteit kunnen geleiden, zijn ze niet efficiënt genoeg voor de taak.

Bij verhitting of dotering met andere elementen kunnen halfgeleiders zoals silicium en germanium echter buitengewoon efficiënte geleiders van elektriciteit worden.

Geleiding in metalen moet de wet van Ohm volgen, die stelt dat de stroom recht evenredig is met het elektrische veld dat op het metaal wordt toegepast. De belangrijkste variabele bij het toepassen van de wet van Ohm is de soortelijke weerstand van een metaal.

Weerstand is het tegenovergestelde van elektrische geleidbaarheid, en evalueert hoe sterk een metaal de stroom van elektrische stroom tegenwerkt. Dit wordt gewoonlijk gemeten aan de tegenovergestelde zijden van een materiaalblok van één meter en beschreven als een ohmmeter (Ω⋅m). Resistiviteit wordt vaak weergegeven door de Griekse letter rho (ρ).

Elektrische geleidbaarheid, aan de andere kant, wordt gewoonlijk gemeten met behulp van siemens per meter (S⋅m ^-1 ) en weergegeven door de Griekse letter sigma (σ). Eén siemens is gelijk aan het omgekeerde van één ohm.

Geleidbaarheid en weerstand in metalen

* Opmerking: de resistiviteit van halfgeleiders (metalloïden) is sterk afhankelijk van de aanwezigheid van onzuiverheden in het materiaal.

Grafiekbrongegevens

Eddy Current Technology Inc.
URL: http://eddy-current.com/conductivity-of-metals-sorted-by-resistivity/
Wikipedia: Elektrische geleidbaarheid
URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Elektrische geleidbaarheid