ارزش فلزات به طور مستقیم با خواص شیمیایی و فیزیکی آنها تعیین می شود. در مورد چنین شاخصی مانند هدایت الکتریکی، این رابطه چندان ساده نیست. رساناترین فلزی که در دمای اتاق (+20 درجه سانتیگراد) اندازه گیری می شود، نقره است.
اما هزینه بالا استفاده از قطعات نقره ای را در مهندسی برق و میکروالکترونیک محدود می کند. عناصر نقره در چنین دستگاه هایی فقط در صورت امکان اقتصادی استفاده می شود.
معنای فیزیکی رسانایی
استفاده از هادی های فلزی سابقه طولانی دارد. دانشمندان و مهندسان شاغل در زمینه‌های علم و فناوری که از الکتریسیته استفاده می‌کنند مدت‌هاست در مورد مواد سیم‌ها، پایانه‌ها، کنتاکت‌ها، بردهای مدار چاپی و غیره تصمیم گرفته‌اند. کمیت فیزیکی به نام رسانایی الکتریکی به تعیین رساناترین فلز در جهان کمک می‌کند.
مفهوم رسانایی معکوس با مقاومت الکتریکی است. بیان کمیرسانایی مربوط به واحد مقاومت است که در سیستم بین المللی واحدها (SI) با اهم اندازه گیری می شود. واحد هدایت الکتریکی در سیستم SI زیمنس است. نام روسی این واحد Sm و بین المللی S است. رسانایی الکتریکی 1 Sm دارای بخشی از یک شبکه الکتریکی با مقاومت 1 اهم است.
رسانایی
معیار توانایی یک ماده برای رسانایی الکتریسیته را رسانایی الکتریکی می نامند. رسانای الکتریکی ترین فلز دارای بالاترین شاخص مشابه است. این مشخصه را می توان برای هر ماده یا رسانه ای به صورت ابزاری تعیین کرد و یک عبارت عددی دارد. رسانایی الکتریکی یک هادی استوانه‌ای با طول واحد و سطح مقطع واحد مربوط به مقاومت ویژه این رسانا است.
واحد رسانایی سیستم زیمنس بر متر - Sm/m است. برای اینکه بفهمیم کدام یک از فلزات رسانای الکتریکی ترین فلز در جهان است، کافی است رسانایی ویژه آنها را که به صورت تجربی تعیین شده است، مقایسه کنیم. می توانید مقاومت را با استفاده از یک دستگاه خاص - یک میکرو اهم متر تعیین کنید. این ویژگی ها وابستگی معکوس دارند.
رسانایی فلزات
مفهوم جریان الکتریکی به عنوان یک جریان هدایت شده از ذرات باردار برای مواد مبتنی بر شبکه های کریستالی مشخصه فلزات هماهنگ تر به نظر می رسد. حامل های بار در صورت جریان الکتریکی در فلزات، الکترون های آزاد هستند و نه یون ها، همانطور که در محیط های مایع وجود دارد. به طور تجربی ثابت شده است که وقتی جریانی در فلزات اتفاق می افتد، وجود نداردانتقال ذرات ماده بین رساناها وجود دارد.
مواد فلزی در پیوندهای سست تر در سطح اتمی با سایرین متفاوت هستند. ساختار داخلی فلزات با وجود تعداد زیادی الکترون "تنها" مشخص می شود. که تحت کوچکترین تأثیر نیروهای الکترومغناطیسی، یک جریان جهت دار را تشکیل می دهند. بنابراین، بیهوده نیست که فلزات بهترین رسانای جریان الکتریکی هستند، و دقیقاً چنین فعل و انفعالات مولکولی است که رسانای الکتریکی ترین فلز را متمایز می کند. یکی دیگر از ویژگی های خاص فلزات بر اساس ویژگی های ساختاری شبکه کریستالی فلزات است - هدایت حرارتی بالا.
برترین هادی ها - فلزات
4 فلزات با اهمیت عملی برای استفاده از آنها به عنوان رسانای الکتریکی به ترتیب زیر نسبت به مقدار رسانایی که بر حسب S/m اندازه گیری می شود توزیع می شوند:
- نقره - 62 500 000.
- مس - 59,500,000.
- طلا - 45,500,000.
- آلومینیوم - 38,000,000.
می توان دید که رسانای الکتریکی ترین فلز نقره است. اما مانند طلا فقط در موارد خاص برای سازماندهی شبکه برق استفاده می شود. دلیل آن هزینه بالاست.
اما مس و آلومینیوم به دلیل مقاومت الکتریکی پایین و مقرون به صرفه بودن، رایج ترین انتخاب برای لوازم الکتریکی و محصولات کابلی هستند. فلزات دیگر به ندرت به عنوان رسانا استفاده می شوند.
عوامل مؤثر بر رسانایی فلزات
حتی رسانای الکتریکی تریناگر فلز حاوی مواد افزودنی و ناخالصی های دیگر باشد رسانایی خود را کاهش می دهد. آلیاژها ساختار شبکه کریستالی متفاوتی نسبت به فلزات "خالص" دارند. با نقض تقارن، ترک ها و سایر نقص ها متمایز می شود. رسانایی نیز با افزایش دمای محیط کاهش می یابد.
افزایش مقاومت ذاتی آلیاژها در عناصر گرمایش کاربرد دارد. تصادفی نیست که از نیکروم، فکرال و سایر آلیاژها برای ساخت عناصر کار کوره های الکتریکی و بخاری استفاده می شود.
رسانای الکتریکی ترین فلز نقره گرانبها است که بیشتر توسط جواهرسازان برای ضرب سکه و غیره استفاده می شود. اما در فناوری و ابزار دقیق، خواص شیمیایی و فیزیکی خاص آن بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال، آبکاری نقره علاوه بر استفاده در واحدها و مجموعه هایی با مقاومت کمتر، از گروه های تماس در برابر اکسیداسیون محافظت می کند. خواص منحصر به فرد نقره و آلیاژهای آن اغلب استفاده از آن را با وجود هزینه بالا توجیه می کند.
