Električna prevodnost v kovinah je posledica gibanja električno nabitih delcev. Za atome kovinskih elementov je značilna prisotnost valenčnih elektronov, ki so elektroni v zunanji lupini atoma, ki se lahko prosto gibljejo. Prav ti "prosti elektroni" omogočajo kovinam, da vodijo električni tok.
Ker se valenčni elektroni prosto gibljejo, lahko potujejo skozi rešetko, ki tvori fizično strukturo kovine. Pod električnim poljem se prosti elektroni premikajo skozi kovino, podobno kot biljardne kroglice, ki trkajo drug proti drugemu, pri čemer se gibljejo med električnim nabojem.
Prenos energije
Prenos energije je najmočnejši, kadar je upor malo. Na biljardni mizi se to zgodi, ko žoga udari ob drugo posamično žogo, ki večino svoje energije prenese na naslednjo žogo. Če ena kroglica zadene več drugih kroglic, bo vsaka od njih nosila le delček energije.
Iz istega razloga so najučinkovitejši prevodniki električne energije kovine, ki imajo en valenčni elektron, ki se lahko prosto giblje in povzroča močno odbijajočo reakcijo v drugih elektronih. Tako je pri najbolj prevodnih kovinah, kot so srebro oz.
zlato, in baker. Vsak ima en valenčni elektron, ki se giblje z majhnim uporom in povzroča močno odbojno reakcijo.Polprevodniške kovine (ali metalloidi) imajo večje število valenčnih elektronov (ponavadi štiri ali več). Čeprav lahko vodijo električno energijo, so pri nalogi neučinkoviti. Vendar pa so polprevodniki, ki jih radi segrevamo ali prepojeni z drugimi elementi, podobni silicij germanij pa lahko postanejo izjemno učinkoviti vodniki električne energije.
Kovinska prevodnost
Kondukcija v kovinah mora biti v skladu z Ohmovim zakonom, ki pravi, da je tok neposredno sorazmeren z električnim poljem, ki se nanaša na kovino. Zakon, poimenovan po nemškem fiziku Georgu Ohmu, se je pojavil leta 1827 v objavljenem dokumentu, v katerem je bilo določeno, kako se merita tok in napetost prek električnih vezij. Ključna spremenljivka pri uporabi Ohmovega zakona je upornost kovine.
Upornost je nasprotna električni prevodnosti, ki ocenjuje, kako močno kovina nasprotuje toku električnega toka. To se običajno meri na nasprotnih straneh enometerne kocke materiala in je opisano kot ohm meter (Ω⋅m). Upornost je pogosto predstavljena z grško črko rho (ρ).
Po drugi strani pa se električna prevodnost običajno meri s siemensi na meter (S⋅m)−1) in je predstavljena z grško črko sigma (σ). En siemens je enak vzajemnosti enega ohma.
Vodljivost, upornost kovin
Material |
Upornost |
Vodljivost |
|---|---|---|
| Srebrna | 1,59 x 10-8 | 6,30x107 |
| baker | 1,68 x 10-8 | 5,98 x 107 |
| Žar bakra | 1,72x10-8 | 5,80 x 107 |
| Zlato | 2,44 x 10-8 | 4,52 x 107 |
| Aluminij | 2,82 x 10-8 | 3,5x107 |
| Kalcij | 3,36 x 10-8 | 2,82 x 107 |
| Berilij | 4,00x10-8 | 2.500 x 107 |
| Rodij | 4,59 x 10-8 | 2,23x107 |
| Magnezij | 4,66 x 10-8 | 2,15x107 |
| Molibden | 5,225 x 10-8 | 1.914x107 |
| Iridij | 5,289 x 10-8 | 1,889x107 |
| Volfram | 5,49 x 10-8 | 1,82x107 |
| Cink | 5,945 x 10-8 | 1.682x107 |
| Kobalt | 6,25x10-8 | 1,60x107 |
| Kadmij | 6,84 x 10-8 | 1.467 |
| Nikelj (elektrolitski) | 6,84 x 10-8 | 1,46 x 107 |
| Rutenij | 7,595 x 10-8 | 1,31 x 107 |
| Litij | 8,54 x 10-8 | 1,17x107 |
| Železo | 9,58 x 10-8 | 1,04x107 |
| Platina | 1.06x10-7 | 9,44 x 106 |
| Paladij | 1,08x10-7 | 9,28x106 |
| Kositer | 1,15x10-7 | 8,7 x 106 |
| Selen | 1.197x10-7 | 8,35x106 |
| Tantal | 1,24 x 10-7 | 8.06x106 |
| Niobij | 1,31 x 10-7 | 7,66x106 |
| Jeklo (litje) | 1,61 x 10-7 | 6,21x106 |
| Krom | 1,96 x 10-7 | 5.10x106 |
| Svinec | 2.05x10-7 | 4,87 x 106 |
| Vanadij | 2,61 x 10-7 | 3,83 x 106 |
| Uran | 2,87 x 10-7 | 3,48x106 |
| Antimona * | 3,92 x 10-7 | 2,55 x 106 |
| Cirkonij | 4.105x10-7 | 2,44 x 106 |
| Titan | 5,56x10-7 | 1,779 x 106 |
| Živo srebro | 9,58 x 10-7 | 1.044 x 106 |
| Germanij * | 4,6 x 10-1 | 2.17 |
| Silicij * | 6,40 x 102 | 1,56x10-3 |
* Opomba: upornost polprevodnikov (metaloidov) je močno odvisna od prisotnosti nečistoč v materialu.