מוליכות חשמלית של מתכות

מוליכות חשמלית במתכות היא תוצאה של תנועה של חלקיקים טעונים חשמליים. האטומים של אלמנטים מתכתיים מאופיינים בנוכחותם של אלקטרונים ערכיים, שהם אלקטרונים במעטפת החיצונית של אטום חופשיים לנוע. "האלקטרונים החופשיים" האלה הם שמאפשרים למתכות להוביל זרם חשמלי.

מכיוון שאלקטרונים ערכיים חופשיים לנוע, הם יכולים לנוע דרך הסריג המהווה את המבנה הפיזי של מתכת. תחת שדה חשמלי, אלקטרונים חופשיים עוברים דרך המתכת ממש כמו כדורי ביליארד המתדפקים זה בזה, ומעבירים מטען חשמלי תוך כדי תנועה.

העברת האנרגיה היא החזקה ביותר כשיש מעט התנגדות. על שולחן ביליארד זה מתרחש כאשר כדור מכה נגד כדור בודד אחר, ומעביר את מרבית האנרגיה שלו לכדור הבא. אם כדור בודד מכה בכדורים אחרים רבים, כל אחד מהם יישא רק חלק מהאנרגיה.

באותה מידה, המוליכים היעילים ביותר של חשמל הם מתכות שיש להם אלקטרון בעל ערך יחיד החופשי לנוע וגורם לתגובה דוחה חזק באלקטרונים אחרים. זה המקרה במתכות המוליכות ביותר, כמו כסף, זהב, ו נחושת. לכל אחד מהם אלקטרון ערכיות יחיד שזז עם מעט התנגדות וגורם לתגובה דוחה חזק.

מתכות מוליכות למחצה (או מתכות) יש מספר גבוה יותר של אלקטרונים ערכיים (בדרך כלל ארבעה ומעלה). לכן, למרות שהם יכולים להוליך חשמל, הם לא יעילים במשימה. עם זאת, כאשר מחומם או מסומם עם אלמנטים אחרים, מוליכים למחצה כמו

הולכה במתכות חייבת לעמוד בחוק של אוהם, הקובע כי הזרם הוא ביחס ישר לשדה החשמלי המופעל על המתכת. החוק, על שמו של הפיזיקאי הגרמני גאורג אוהם, הופיע בשנת 1827 בעיתון שפורסם בו נכתב כיצד נמדדים זרם ומתחים באמצעות מעגלים חשמליים. משתנה המפתח ביישום חוק אוהם הוא ההתנגדות של מתכת.

ההתנגדות היא ההיפך מוליכות חשמלית, תוך הערכת עד כמה מתכת מתנגדת לזרימת הזרם החשמלי. זה נמדד בדרך כלל על פני הפנים הנגדיות של קוביית חומר באורך מטר ומתואר כמטר אוהם (Ω⋅m). ההתנגדות מיוצגת לרוב על ידי האות היוונית rho (ρ).

מוליכות חשמלית, לעומת זאת, נמדדת בדרך כלל על ידי סימנס למטר (S⋅m⁻¹) ומיוצג על ידי האות היוונית sigma (σ). סימנס אחד שווה להדדיות של אוהם אחד.

* הערה: ההתנגדות של מוליכים למחצה (מטאלואידים) תלויה במידה רבה בנוכחות זיהומים בחומר.