โลหะถูกกำหนดโดยคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพโดยตรง ในกรณีของตัวบ่งชี้เช่นการนำไฟฟ้า ความสัมพันธ์นี้ไม่ตรงไปตรงมานัก โลหะที่นำไฟฟ้าได้มากที่สุดเมื่อวัดที่อุณหภูมิห้อง (+20 °C) คือเงิน
แต่ราคาสูงจำกัดการใช้ชิ้นส่วนเงินในงานวิศวกรรมไฟฟ้าและไมโครอิเล็กทรอนิกส์ องค์ประกอบสีเงินในอุปกรณ์ดังกล่าวจะใช้ในกรณีที่มีความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจเท่านั้น
ความหมายทางกายภาพของการนำไฟฟ้า
การใช้ตัวนำโลหะมีประวัติศาสตร์อันยาวนาน นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่ทำงานด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่ใช้ไฟฟ้าได้ตัดสินใจเลือกวัสดุสำหรับสายไฟ ขั้วต่อ หน้าสัมผัส แผงวงจรพิมพ์ ฯลฯ มานานแล้ว ปริมาณทางกายภาพที่เรียกว่าค่าการนำไฟฟ้าช่วยในการระบุโลหะที่นำไฟฟ้าได้มากที่สุดในโลก
แนวคิดของการนำไฟฟ้าตรงกันข้ามกับความต้านทานไฟฟ้า การแสดงออกเชิงปริมาณค่าการนำไฟฟ้าสัมพันธ์กับหน่วยความต้านทาน ซึ่งในระบบสากลของหน่วย (SI) มีหน่วยวัดเป็นโอห์ม หน่วยการนำไฟฟ้าในระบบ SI คือซีเมนส์ การกำหนดภาษารัสเซียสำหรับหน่วยนี้คือ Sm ส่วนสากลคือ S ความนำไฟฟ้า 1 Sm มีส่วนของเครือข่ายไฟฟ้าที่มีความต้านทาน 1 โอห์ม
การนำ
การวัดความสามารถของสารในการนำไฟฟ้าเรียกว่าค่าการนำไฟฟ้า โลหะที่นำไฟฟ้าได้มากที่สุดมีตัวบ่งชี้ที่ใกล้เคียงกันมากที่สุด คุณลักษณะนี้สามารถกำหนดได้สำหรับสารหรือสื่อใดๆ โดยใช้เครื่องมือและมีนิพจน์ที่เป็นตัวเลข ค่าการนำไฟฟ้าของตัวนำทรงกระบอกที่มีความยาวหน่วยและพื้นที่หน้าตัดของหน่วยสัมพันธ์กับความต้านทานจำเพาะของตัวนำนี้
หน่วยการนำไฟฟ้าของระบบคือซีเมนส์ต่อเมตร - Sm/m ในการค้นหาว่าโลหะใดเป็นโลหะนำไฟฟ้ามากที่สุดในโลก การเปรียบเทียบค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของพวกมันนั้นเพียงพอแล้วซึ่งพิจารณาจากการทดลอง คุณสามารถกำหนดความต้านทานได้โดยใช้อุปกรณ์พิเศษ - ไมโครโอห์มมิเตอร์ ลักษณะเหล่านี้ขึ้นอยู่กับผกผัน
การนำไฟฟ้าของโลหะ
แนวคิดของกระแสไฟฟ้าในการไหลโดยตรงของอนุภาคที่มีประจุนั้นดูกลมกลืนกันมากกว่าสำหรับสารที่อิงตามลักษณะเฉพาะของผลึกขัดแตะของโลหะ ตัวพาประจุในกรณีที่กระแสไฟฟ้าในโลหะเป็นอิเล็กตรอนอิสระ ไม่ใช่ไอออน เช่นเดียวกับในตัวกลางที่เป็นของเหลว มีการทดลองแล้วว่าเมื่อมีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในโลหะจะไม่มีมีการถ่ายโอนอนุภาคของสสารระหว่างตัวนำ
โลหะมีพันธะที่หลวมกว่าในระดับอะตอม โครงสร้างภายในของโลหะมีลักษณะเป็นอิเล็กตรอน "โดดเดี่ยว" จำนวนมาก ซึ่งภายใต้อิทธิพลเพียงเล็กน้อยของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้เกิดกระแสตรง ดังนั้นจึงไม่ไร้ประโยชน์ที่โลหะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีที่สุดของกระแสไฟฟ้า และเป็นปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่แม่นยำซึ่งแยกแยะโลหะที่นำไฟฟ้าได้มากที่สุด คุณสมบัติเฉพาะอีกประการของโลหะขึ้นอยู่กับลักษณะโครงสร้างของตาข่ายคริสตัลของโลหะ - การนำความร้อนสูง
ตัวนำที่ดีที่สุด - โลหะ
4 โลหะที่มีความสำคัญในทางปฏิบัติสำหรับการใช้งานเป็นตัวนำไฟฟ้าจะกระจายในลำดับต่อไปนี้สัมพันธ์กับค่าการนำไฟฟ้า โดยวัดเป็น S/m:
- เงิน - 62 500 000.
- ทองแดง - 59,500,000.
- ทองคำ - 45,500,000.
- อลูมิเนียม - 38,000,000.
จะเห็นได้ว่าโลหะที่นำไฟฟ้าได้มากที่สุดคือเงิน แต่เช่นเดียวกับทองคำ มันถูกใช้เพื่อจัดระเบียบเครือข่ายไฟฟ้าเฉพาะในกรณีพิเศษเท่านั้น เหตุผลคือต้นทุนสูง
แต่ทองแดงและอะลูมิเนียมเป็นตัวเลือกที่พบบ่อยที่สุดสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าและผลิตภัณฑ์สายเคเบิล เนื่องจากมีความต้านทานไฟฟ้าต่ำและราคาไม่แพง โลหะอื่นๆ ไม่ค่อยได้ใช้เป็นตัวนำ
ปัจจัยที่มีผลต่อการนำของโลหะ
ตัวนำไฟฟ้าได้ดีที่สุดโลหะจะลดการนำไฟฟ้าหากมีสารเติมแต่งและสิ่งสกปรกอื่นๆ โลหะผสมมีโครงสร้างตาข่ายคริสตัลที่แตกต่างจากโลหะ "บริสุทธิ์" มีความโดดเด่นด้วยการละเมิดความสมมาตรรอยแตกและข้อบกพร่องอื่น ๆ การนำไฟฟ้าจะลดลงเมื่ออุณหภูมิแวดล้อมเพิ่มขึ้น
ความต้านทานที่เพิ่มขึ้นซึ่งมีอยู่ในโลหะผสมพบการใช้งานในองค์ประกอบความร้อน ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ใช้ nichrome, fechral และโลหะผสมอื่น ๆ เพื่อสร้างองค์ประกอบการทำงานของเตาไฟฟ้าและเครื่องทำความร้อน
โลหะที่นำไฟฟ้าได้มากที่สุดคือเงินล้ำค่า นิยมใช้กันมากโดยช่างอัญมณีเพื่อทำเหรียญกษาปณ์ ฯลฯ แต่ในเทคโนโลยีและเครื่องมือวัด คุณสมบัติพิเศษทางเคมีและทางกายภาพของโลหะนั้นถูกใช้อย่างแพร่หลาย ตัวอย่างเช่น นอกจากจะใช้ในยูนิตและส่วนประกอบที่มีความต้านทานลดลงแล้ว การชุบเงินยังช่วยปกป้องกลุ่มสัมผัสจากการเกิดออกซิเดชัน คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของเงินและโลหะผสมมักจะทำให้ใช้งานได้อย่างเหมาะสมแม้ว่าจะมีราคาสูงก็ตาม