Metālu elektriskā vadītspēja

Elektriskā vadītspēja metālos ir elektriski lādētu daļiņu kustības rezultāts. Metāla elementu atomiem raksturīga valences elektronu klātbūtne, kas ir atoma ārējā apvalkā esošie elektroni, kas var brīvi pārvietoties. Tieši šie "brīvie elektroni" metāliem ļauj vadīt elektrisko strāvu.

Tā kā valences elektroni var brīvi kustēties, tie var pārvietoties caur režģi, kas veido metāla fizisko struktūru. Zem elektriskā lauka brīvie elektroni pārvietojas pa metālu līdzīgi kā biljarda bumbiņas, kas sitās viens pret otru, pārvietojoties nododot elektrisko lādiņu.

Enerģijas pārnešana ir visspēcīgākā, ja ir maza pretestība. Uz biljarda galda tas notiek, kad bumba atsitas pret citu atsevišķu bumbiņu, lielāko enerģijas daļu nododot nākamajai bumbiņai. Ja viena bumba sitīs vairākas citas bumbiņas, katra no tām nēsās tikai daļu enerģijas.

Tāpat visefektīvākie elektrības vadītāji ir metāli, kuriem ir viens valences elektrons, kurš var brīvi kustēties un izraisa spēcīgu atgrūdošu reakciju citos elektronos. Tas attiecas uz vadošākajiem metāliem, piemēram, sudrabu,

Pusvadītāju metāli (vai metalloīdi) ir lielāks valences elektronu skaits (parasti četri vai vairāk). Tātad, kaut arī viņi var vadīt elektrību, tie ir neefektīvi uzdevumā. Tomēr pusvadītājiem, sildot vai papildinot ar citiem elementiem, piemēram silīcijs germānija var kļūt par īpaši efektīviem elektrības vadītājiem.

Metāla vadītspējai jāievēro Ohmas likums, kas nosaka, ka strāva ir tieši proporcionāla metālam piemērotajam elektriskajam laukam. Likums, kas nosaukts vācu fiziķa Georga Oma vārdā, parādījās 1827. gadā publicētā rakstā, kurā aprakstīts, kā strāva un spriegums tiek mērīti caur elektriskajām ķēdēm. Galvenais mainīgais, izmantojot Ohma likumu, ir metāla pretestība.

Pretestība ir pretstatā elektriskajai vadītspējai, novērtējot, cik stipri metāls pretojas elektriskās strāvas plūsmai. To parasti mēra pret viena metra materiāla kuba pretējām virsmām un raksturo kā omi metru (Ω⋅m). Pretestību bieži apzīmē ar grieķu burtu rho (ρ).

Elektrisko vadītspēju, no otras puses, parasti mēra ar siemeniem uz metru (S⋅m⁻¹) un ko attēlo grieķu burts sigma (σ). Viens siemens ir vienāds ar viena oma apgriezienu.

* Piezīme: Pusvadītāju (metalloīdu) pretestība ir ļoti atkarīga no piemaisījumu klātbūtnes materiālā.