Elektrisk ledningsevne av metaller

Elektrisk ledningsevne i metaller er et resultat av bevegelse av elektrisk ladede partikler. Atomene til metallelementer er preget av tilstedeværelsen av valenselektroner, som er elektroner i det ytre skallet til et atom som kan bevege seg rundt. Det er disse "frie elektronene" som lar metaller føre elektrisk strøm.

Fordi valenselektroner er frie til å bevege seg, kan de bevege seg gjennom gitteret som danner den fysiske strukturen til et metall. Under et elektrisk felt beveger frie elektroner seg gjennom metallet omtrent som biljardkuler som banker mot hverandre og passerer en elektrisk ladning når de beveger seg.

Overføringen av energi er sterkest når det er liten motstand. På et biljardbord skjer dette når en ball slår mot en annen ball, og fører mesteparten av sin energi til neste ball. Hvis en enkelt ball slår flere andre baller, vil hver av dem bare bære en brøkdel av energien.

På samme måte er de mest effektive ledere av elektrisitet metaller som har en enkelt valenselektron som er fri for å bevege seg og forårsaker en sterk avvisende reaksjon i andre elektroner. Dette er tilfelle i de mest ledende metaller, som sølv,

Halvledermetaller (eller metalloider) har et høyere antall valenselektroner (vanligvis fire eller flere). Så selv om de kan lede strøm, er de ineffektive til oppgaven. Imidlertid, når det varmes opp eller dopes med andre elementer, liker halvledere silisium og germanium kan bli ekstremt effektive ledere av elektrisitet.

Ledning i metaller må følge Ohms lov, som sier at strømmen er direkte proporsjonal med det elektriske feltet som brukes på metallet. Loven, oppkalt etter den tyske fysikeren Georg Ohm, dukket opp i 1827 i et publisert papir som la ut hvordan strøm og spenning måles via elektriske kretsløp. Nøkkelvariabelen for å anvende Ohms lov er metallets resistivitet.

Resistivitet er det motsatte av elektrisk ledningsevne, og vurderer hvor sterkt et metall motsetter strømmen av elektrisk strøm. Dette blir ofte målt over de motsatte ansiktene til en en meter terning av materiale og beskrevet som en ohm meter (Ω⋅m). Motstand er ofte representert med den greske bokstaven rho (ρ).

Elektrisk ledningsevne, derimot, måles ofte med sekener per meter (S⋅m⁻¹) og representert med den greske bokstaven sigma (σ). En siemen er lik gjensidig av en ohm.

* Merk: Resistiviteten til halvledere (metalloider) er sterkt avhengig av tilstedeværelsen av urenheter i materialet.