Elektrická vodivosť kovov

Elektrická vodivosť v kovoch je výsledkom pohybu elektricky nabitých častíc. Atómy kovových prvkov sú charakterizované prítomnosťou valenčných elektrónov, čo sú elektróny vo vonkajšom obale atómu, ktoré sa môžu voľne pohybovať. Práve tieto „voľné elektróny“ umožňujú kovom viesť elektrický prúd.

Pretože sa valenčné elektróny môžu voľne pohybovať, môžu sa pohybovať cez mriežku, ktorá tvorí fyzickú štruktúru kovu. V elektrickom poli sa voľné elektróny pohybujú kovom podobne ako biliardové gule, ktoré k sebe klepajú a pri pohybe prechádzajú elektrickým nábojom.

Prenos energie je najsilnejší, keď existuje malý odpor. Na biliardovom stole to nastane, keď lopta dopadne na inú jedinú guľu, pričom väčšinu svojej energie prenesie na ďalšiu guľu. Ak jedna loptička zasiahne viac ďalších loptičiek, každá z nich bude mať len zlomok energie.

Z rovnakého dôvodu sú najúčinnejšími vodičmi elektriny kovy, ktoré majú jediný valenčný elektrón, ktorý sa môže voľne pohybovať a spôsobuje silnú odpudzujúcu reakciu v iných elektrónoch. To je prípad najvodivejších kovov, napríklad striebra,

Polovodičové kovy (alebo metalloids) majú vyšší počet valenčných elektrónov (zvyčajne štyri alebo viac). Takže, aj keď dokážu viesť elektrinu, sú pri tejto úlohe neefektívne. Po zahriatí alebo dotovaní inými prvkami sa však polovodiče podobajú kremík a germánium sa môžu stať mimoriadne účinnými vodičmi elektriny.

Vedenie v kovoch sa musí riadiť Ohmovým zákonom, ktorý uvádza, že prúd je priamo úmerný elektrickému poľu aplikovanému na kov. Zákon pomenovaný po nemeckom fyzikovi Georgovi Ohmovi sa objavil v roku 1827 v publikovanom dokumente, v ktorom sa uvádza, ako sa merajú prúd a napätie v elektrických obvodoch. Kľúčovou premennou pri uplatňovaní Ohmovho zákona je odpor kovu.

Odpor je opakom elektrickej vodivosti a hodnotí, ako silne kov pôsobí proti toku elektrického prúdu. Obvykle sa meria naproti opačným plochám kocky materiálu s dĺžkou jeden meter a opisuje sa ako meter ohmu (Ω⋅m). Odpor je často predstavovaný gréckym písmenom rho (ρ).

Elektrická vodivosť sa naproti tomu bežne meria v sieménoch na meter (S⋅m⁻¹) a zastúpené gréckym písmenom sigma (σ). Jeden siemens sa rovná recipročnému jednému ohmu.

* Poznámka: Odpor polovodičov (metaloidov) je silne závislý od prítomnosti nečistôt v materiáli.