Metallide elektrijuhtivus on elektriliselt laetud osakeste liikumise tulemus. Metallielementide aatomeid iseloomustab valentselektronite olemasolu, mis on vabalt liikuva aatomi väliskeses olevad elektronid. Just need "vabad elektronid" võimaldavad metallidel juhtida elektrivoolu.
Kuna valentselektronid saavad vabalt liikuda, võivad nad liikuda läbi võre, mis moodustab metalli füüsikalise struktuuri. Elektrivälja all liiguvad vabad elektronid läbi metalli sarnaselt piljardikuulidega, mis koputavad üksteisele, läbides liikumisel elektrilaengu.
Energia ülekandmine
Energia ülekanne on kõige tugevam, kui vastupanu on väike. Piljardilaual juhtub see siis, kui pall lööb vastu teist üksikut kuuli, suunates suurema osa oma energiast järgmisele pallile. Kui üks pall lööb mitu teist palli, kannab igaüks neist ainult murdosa energiast.
Samamoodi on kõige tõhusamad elektrijuhid metallid, millel on ühe valentsiga elektron, mis võib vabalt liikuda ja põhjustab teistes elektronides tugeva tõrjuva reaktsiooni. See kehtib kõige juhtivamate metallide, nagu hõbe, kohta
kuldja vask. Igal neist on üks valentselektron, mis liigub väikese takistusega ja põhjustab tugeva tõrjuva reaktsiooni.Pooljuhtmetallid (või metalloidid) on suurem arv valentselektrone (tavaliselt neli või enam). Ehkki nad saavad elektrit juhtida, on nad selle ülesande täitmisel ebaefektiivsed. Pooljuhtidele meeldib kuumutamisel või koos muude elementidega lisamisega räni ja germaaniumist võivad saada äärmiselt tõhusad elektrijuhid.
Metalli juhtivus
Juhtivus metallides peab järgima Ohmi seadust, mis ütleb, et vool on otseselt võrdeline metallile rakendatava elektriväljaga. Saksa füüsiku Georg Ohmi järgi nimetatud seadus ilmus 1827. aastal avaldatud artiklis, milles kirjeldati, kuidas voolu ja pinget mõõdetakse elektriahelate kaudu. Ohmi seaduse kohaldamisel on võtmemuuturiks metalli vastupidavus.
Takistusvõime on elektrijuhtivusele vastupidine, hinnates, kui tugevalt metall on elektrivoolu voolule vastu. Seda mõõdetakse tavaliselt ühemeetrise kuubiku vastaskülgedel ja seda kirjeldatakse oommeetrina ((m). Vastupidavust tähistab sageli kreeka täht rho (ρ).
Elektrijuhtivust seevastu mõõdetakse tavaliselt siemensiga meetri kohta (S⋅m−1) ja mida tähistab kreeka täht sigma (σ). Üks siemens on võrdne ühe oomi vastastikusega.
Metallide juhtivus, vastupidavus
Materjal |
Vastupidavus |
Juhtivus |
|---|---|---|
| Hõbe | 1,59x10-8 | 6,30x107 |
| Vask | 1,68x10-8 | 5,98x107 |
| Lõõmutatud vask | 1,72x10-8 | 5,80x107 |
| Kuld | 2,44x10-8 | 4,52x107 |
| Alumiinium | 2,82x10-8 | 3,5x107 |
| Kaltsium | 3,36x10-8 | 2,82x107 |
| Berüllium | 4,00x10-8 | 2 500x107 |
| Roodium | 4,49x10-8 | 2,23x107 |
| Magneesium | 4,66x10-8 | 2,15x107 |
| Molübdeen | 5,225x10-8 | 1,914x107 |
| Iriidium | 5,289x10-8 | 1,891x107 |
| Volfram | 5,49x10-8 | 1,82x107 |
| Tsink | 5,945x10-8 | 1,682x107 |
| Koobalt | 6,25x10-8 | 1,60x107 |
| Kaadmium | 6,84x10-8 | 1.467 |
| Nikkel (elektrolüütiline) | 6,84x10-8 | 1,46x107 |
| Ruteenium | 7,595x10-8 | 1,31x107 |
| Liitium | 8,54x10-8 | 1,17x107 |
| Raud | 9,58x10-8 | 1,04x107 |
| Plaatina | 1,06x10-7 | 9,44x106 |
| Pallaadium | 1,08x10-7 | 9,28x106 |
| Tina | 1,15x10-7 | 8,7x106 |
| Seleen | 1,197x10-7 | 8,35x106 |
| Tantaal | 1,24x10-7 | 8,06x106 |
| Nioobium | 1,31x10-7 | 7,66x106 |
| Teras (valatud) | 1,61x10-7 | 6,21x106 |
| Kroom | 1,96x10-7 | 5,10x106 |
| Plii | 2,05x10-7 | 4,87x106 |
| Vanaadium | 2,61x10-7 | 3,83x106 |
| Uraan | 2,87x10-7 | 3,48x106 |
| Antimon * | 3,92x10-7 | 2,55x106 |
| Tsirkoonium | 4.105x10-7 | 2,44x106 |
| Titaan | 5,56x10-7 | 1,798x106 |
| elavhõbe | 9,58x10-7 | 1,044x106 |
| Germaanium * | 4,6x10-1 | 2.17 |
| Räni * | 6,40x102 | 1,56x10-3 |
* Märkus: pooljuhtide (metalloidide) vastupidavus sõltub suuresti lisandite olemasolust materjalis.