Elektrisk ledningsförmåga hos metaller

Elektrisk konduktivitet i metaller är ett resultat av rörelsen av elektriskt laddade partiklar. Atomerna i metallelement kännetecknas av närvaron av valenselektroner, som är elektroner i det yttre skalet hos en atom som är fria att röra sig runt. Det är dessa "fria elektroner" som gör att metaller kan leda en elektrisk ström.

Eftersom valenselektroner är fria att röra sig, kan de färdas genom gitteret som bildar den fysiska strukturen hos en metall. Under ett elektriskt fält rör sig fria elektroner genom metallen ungefär som biljardbollar som knackar mot varandra och passerar en elektrisk laddning när de rör sig.

Överföringen av energi är starkast när det är lite motstånd. På ett biljardbord inträffar detta när en boll slår mot en annan enda boll och överför det mesta av sin energi till nästa boll. Om en enda boll slår flera andra bollar kommer var och en av dem att ha bara en bråkdel av energin.

På samma sätt är de mest effektiva ledarna för elektricitet metaller som har en enda valenselektron som är fri att röra sig och orsakar en stark avvisande reaktion i andra elektroner. Detta är fallet i de mest ledande metallerna, såsom silver,

Halvledarmetaller (eller metalloider) har ett högre antal valenselektroner (vanligtvis fyra eller fler). Så även om de kan leda elektricitet är de ineffektiva i uppgiften. Men vid uppvärmning eller dopning med andra element, liksom halvledare kisel och germanium kan bli extremt effektiva elektriska ledare.

Ledning i metaller måste följa Ohms lag, som säger att strömmen är direkt proportionell mot det elektriska fältet som appliceras på metallen. Lagen, uppkallad efter den tyska fysikern Georg Ohm, dök upp 1827 i ett publicerat papper som beskriver hur ström och spänning mäts via elektriska kretsar. Nyckelvariabeln för att tillämpa Ohms lag är en metalls resistivitet.

Resistivitet är motsatsen till elektrisk ledningsförmåga och utvärderar hur starkt en metall motsätter sig strömmen av elektrisk ström. Detta mäts vanligtvis över de motsatta ytorna på en en meters kub med material och beskrivs som en ohm meter (Ω⋅m). Resistivitet representeras ofta av den grekiska bokstaven rho (ρ).

Elektrisk ledningsförmåga mäts å andra sidan vanligtvis med siemens per meter (S⋅m⁻¹) och representeras av den grekiska bokstaven sigma (σ). En siemens är lika med det ömsesidiga av en ohm.

* Obs: Halvledares (metalloider) resistivitet är starkt beroende av närvaron av föroreningar i materialet.