Η αξία των μετάλλων καθορίζεται άμεσα από τις χημικές και φυσικές τους ιδιότητες. Στην περίπτωση ενός τέτοιου δείκτη όπως η ηλεκτρική αγωγιμότητα, αυτή η σχέση δεν είναι τόσο απλή. Το πιο ηλεκτρικά αγώγιμο μέταλλο, όταν μετριέται σε θερμοκρασία δωματίου (+20 °C), είναι το ασήμι.
Αλλά το υψηλό κόστος περιορίζει τη χρήση ασημένιων εξαρτημάτων στην ηλεκτρική μηχανική και τη μικροηλεκτρονική. Τα ασημένια στοιχεία σε τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούνται μόνο σε περίπτωση οικονομικής σκοπιμότητας.
Φυσική έννοια της αγωγιμότητας
Η χρήση μεταλλικών αγωγών έχει μακρά ιστορία. Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί που εργάζονται στους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας που χρησιμοποιούν ηλεκτρισμό έχουν αποφασίσει εδώ και καιρό για υλικά για καλώδια, ακροδέκτες, επαφές, πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων κ.λπ. Μια φυσική ποσότητα που ονομάζεται ηλεκτρική αγωγιμότητα βοηθά στον προσδιορισμό του πιο ηλεκτρικά αγώγιμου μετάλλου στον κόσμο.
Η έννοια της αγωγιμότητας είναι αντίστροφη προς την ηλεκτρική αντίσταση. ποσοτική έκφρασηΗ αγωγιμότητα σχετίζεται με τη μονάδα αντίστασης, η οποία στο διεθνές σύστημα μονάδων (SI) μετριέται σε ohms. Η μονάδα ηλεκτρικής αγωγιμότητας στο σύστημα SI είναι η Siemens. Η ρωσική ονομασία αυτής της μονάδας είναι Sm, η διεθνής είναι S. Μια ηλεκτρική αγωγιμότητα 1 Sm έχει ένα τμήμα ηλεκτρικού δικτύου με αντίσταση 1 Ohm.
Αγωγιμότητα
Το μέτρο της ικανότητας μιας ουσίας να μεταφέρει ηλεκτρισμό ονομάζεται ηλεκτρική αγωγιμότητα. Το πιο ηλεκτρικά αγώγιμο μέταλλο έχει τον υψηλότερο παρόμοιο δείκτη. Αυτό το χαρακτηριστικό μπορεί να προσδιοριστεί για οποιαδήποτε ουσία ή μέσο οργανικά και έχει μια αριθμητική έκφραση. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα ενός κυλινδρικού αγωγού μοναδιαίου μήκους και μονάδας επιφάνειας διατομής σχετίζεται με την ειδική αντίσταση αυτού του αγωγού.
Η μονάδα συστήματος αγωγιμότητας είναι η Siemens ανά μέτρο - Sm/m. Για να μάθετε ποιο από τα μέταλλα είναι το πιο ηλεκτρικά αγώγιμο μέταλλο στον κόσμο, αρκεί να συγκρίνετε την ειδική αγωγιμότητά τους, που προσδιορίζεται πειραματικά. Μπορείτε να προσδιορίσετε την ειδική αντίσταση χρησιμοποιώντας μια ειδική συσκευή - ένα μικροωμόμετρο. Αυτά τα χαρακτηριστικά εξαρτώνται αντιστρόφως.
Αγωγιμότητα μετάλλων
Η ίδια η έννοια του ηλεκτρικού ρεύματος ως κατευθυνόμενης ροής φορτισμένων σωματιδίων φαίνεται πιο αρμονική για ουσίες που βασίζονται σε κρυσταλλικά πλέγματα χαρακτηριστικά των μετάλλων. Φορείς φορτίου σε περίπτωση ηλεκτρικού ρεύματος στα μέταλλα είναι ελεύθερα ηλεκτρόνια και όχι ιόντα, όπως συμβαίνει στα υγρά μέσα. Έχει διαπιστωθεί πειραματικά ότι όταν εμφανίζεται ρεύμα στα μέταλλα, δεν υπάρχειυπάρχει μεταφορά σωματιδίων ύλης μεταξύ των αγωγών.
Οι μεταλλικές ουσίες διαφέρουν από άλλες σε χαλαρότερους δεσμούς σε ατομικό επίπεδο. Η εσωτερική δομή των μετάλλων χαρακτηρίζεται από την παρουσία μεγάλου αριθμού «μοναχικών» ηλεκτρονίων. που υπό την παραμικρή επίδραση ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων σχηματίζουν κατευθυνόμενη ροή. Επομένως, δεν είναι μάταιο ότι τα μέταλλα είναι οι καλύτεροι αγωγοί του ηλεκτρικού ρεύματος και είναι ακριβώς τέτοιες μοριακές αλληλεπιδράσεις που διακρίνουν το πιο ηλεκτρικά αγώγιμο μέταλλο. Μια άλλη ειδική ιδιότητα των μετάλλων βασίζεται στα δομικά χαρακτηριστικά του κρυσταλλικού πλέγματος των μετάλλων - υψηλή θερμική αγωγιμότητα.
Κορυφαίοι καλύτεροι αγωγοί - μέταλλα
4 μέταλλα πρακτικής σημασίας για τη χρήση τους ως ηλεκτρικοί αγωγοί κατανέμονται με την ακόλουθη σειρά σε σχέση με την τιμή της αγωγιμότητας, μετρημένη σε S/m:
- Ασημί - 62 500 000.
- Χαλκός - 59.500.000.
- Χρυσός - 45.500.000.
- Αλουμίνιο - 38.000.000.
Μπορεί να φανεί ότι το πιο ηλεκτρικά αγώγιμο μέταλλο είναι το ασήμι. Αλλά όπως ο χρυσός, χρησιμοποιείται για την οργάνωση του ηλεκτρικού δικτύου μόνο σε ειδικές συγκεκριμένες περιπτώσεις. Ο λόγος είναι το υψηλό κόστος.
Όμως ο χαλκός και το αλουμίνιο είναι η πιο κοινή επιλογή για ηλεκτρικές συσκευές και προϊόντα καλωδίων λόγω της χαμηλής ηλεκτρικής αντίστασης και της οικονομικής τους τιμής. Άλλα μέταλλα χρησιμοποιούνται σπάνια ως αγωγοί.
Παράγοντες που επηρεάζουν την αγωγιμότητα των μετάλλων
Ακόμη και τα πιο ηλεκτρικά αγώγιματο μέταλλο μειώνει την αγωγιμότητά του εάν περιέχει άλλα πρόσθετα και ακαθαρσίες. Τα κράματα έχουν διαφορετική δομή κρυσταλλικού πλέγματος από τα "καθαρά" μέταλλα. Διακρίνεται από παραβίαση συμμετρίας, ρωγμές και άλλα ελαττώματα. Η αγωγιμότητα μειώνεται επίσης με την αύξηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος.
Η αυξημένη αντίσταση που είναι εγγενής στα κράματα βρίσκει εφαρμογή στα θερμαντικά στοιχεία. Δεν είναι τυχαίο ότι νικρώμιο, φαχράλη και άλλα κράματα χρησιμοποιούνται για την κατασκευή στοιχείων εργασίας ηλεκτρικών κλιβάνων και θερμαντήρων.
Το πιο ηλεκτρικά αγώγιμο μέταλλο είναι το πολύτιμο ασήμι, που χρησιμοποιείται περισσότερο από τους κοσμηματοπώλες για την κοπή νομισμάτων κ.λπ. Αλλά στην τεχνολογία και τα όργανα, οι ειδικές χημικές και φυσικές του ιδιότητες χρησιμοποιούνται ευρέως. Για παράδειγμα, εκτός από τη χρήση σε μονάδες και συγκροτήματα με μειωμένη αντίσταση, η επάργυρη προστατεύει τις ομάδες επαφής από την οξείδωση. Οι μοναδικές ιδιότητες του αργύρου και των κραμάτων του συχνά δικαιολογούν τη χρήση του παρά το υψηλό κόστος.
