A fémek értékét közvetlenül kémiai és fizikai tulajdonságaik határozzák meg. Egy olyan mutató esetében, mint az elektromos vezetőképesség, ez a kapcsolat nem olyan egyértelmű. A leginkább elektromosan vezető fém szobahőmérsékleten (+20 °C) mérve az ezüst.
A magas költségek azonban korlátozzák az ezüst alkatrészek használatát az elektrotechnikában és a mikroelektronikában. Az ilyen eszközök ezüst elemeit csak gazdasági megvalósíthatóság esetén használjuk.
A vezetőképesség fizikai jelentése
A fémes vezetők használatának hosszú története van. Az elektromosságot használó tudomány és technológia területén dolgozó tudósok és mérnökök már régóta döntöttek a vezetékek, kivezetések, érintkezők, nyomtatott áramköri lapok stb. anyaga mellett. Az elektromos vezetőképességnek nevezett fizikai mennyiség segít meghatározni a világ elektromosan leginkább vezető fémét.
A vezetőképesség fogalma az elektromos ellenállás fordítottja. mennyiségi kifejezésA vezetőképesség az ellenállás mértékegységéhez kapcsolódik, amelyet a nemzetközi mértékegységrendszerben (SI) ohmban mérnek. Az SI rendszerben az elektromos vezetőképesség mértékegysége a Siemens. Ennek az egységnek az orosz jelölése Sm, a nemzetközié S. 1 Sm elektromos vezetőképesség esetén az elektromos hálózat 1 Ohm ellenállású szakasza van.
Vezetőképesség
Az anyag elektromos vezetőképességének mértékét elektromos vezetőképességnek nevezzük. Az elektromosan leginkább vezető fémnek van a legmagasabb hasonló mutatója. Ez a jellemző bármely anyagra vagy közegre instrumentálisan meghatározható, és számszerű kifejezéssel rendelkezik. Egy egységnyi hosszúságú és egységnyi keresztmetszeti területű hengeres vezető elektromos vezetőképessége ennek a vezetőnek a fajlagos ellenállásához kapcsolódik.
A vezetőképesség rendszeregysége Siemens per méter – Sm/m. Ahhoz, hogy megtudjuk, melyik fém a leginkább elektromosan vezető fém a világon, elegendő összehasonlítani kísérletileg meghatározott fajlagos vezetőképességüket. Az ellenállást egy speciális eszközzel - mikroohmmérővel - határozhatja meg. Ezek a jellemzők fordítottan függenek.
Fémek vezetőképessége
Az elektromos áram mint töltött részecskék irányított áramlásának fogalma harmonikusabbnak tűnik a fémekre jellemző kristályrácsokon alapuló anyagok esetében. A fémekben fellépő elektromos áram töltéshordozói szabad elektronok, és nem ionok, mint a folyékony közegekben. Kísérletileg megállapították, hogy amikor a fémekben áram lép fel, nincsanyagrészecskék átvitele történik a vezetők között.
A fémes anyagok atomi szinten lazább kötésekben különböznek a többitől. A fémek belső szerkezetét nagyszámú "magányos" elektron jelenléte jellemzi. amelyek az elektromágneses erők legkisebb hatására irányított áramlást alkotnak. Ezért nem hiába mondják, hogy a fémek az elektromos áram legjobb vezetői, és éppen az ilyen molekuláris kölcsönhatások különböztetik meg a leginkább vezető fémet. A fémek másik sajátos tulajdonsága a fémek kristályrácsának szerkezeti sajátosságain – a nagy hővezető képességen – alapul.
A legjobb vezetők – fémek
4 az elektromos vezetőként való felhasználásuk szempontjából gyakorlati jelentőségű fémek a következő sorrendben vannak elosztva az S/m-ben mért vezetőképesség értékéhez képest:
- Ezüst – 62 500 000.
- Réz – 59 500 000.
- Arany – 45 500 000.
- Alumínium – 38 000 000.
Látható, hogy a leginkább elektromosan vezető fém az ezüst. De az aranyhoz hasonlóan csak speciális esetekben használják az elektromos hálózat megszervezésére. Ennek oka a magas költségek.
A réz és az alumínium azonban a legáltalánosabb választás elektromos készülékekhez és kábeltermékekhez alacsony elektromos ellenállásuk és megfizethetőségük miatt. Más fémeket ritkán használnak vezetőként.
A fémek vezetőképességét befolyásoló tényezők
Még a leginkább vezetőképes isa fém csökkenti vezetőképességét, ha egyéb adalékokat és szennyeződéseket tartalmaz. Az ötvözetek kristályrácsszerkezete eltér a "tiszta" fémektől. Jellemzője a szimmetria megsértése, repedések és egyéb hibák. A vezetőképesség is csökken a környezeti hőmérséklet emelkedésével.
Az ötvözetek megnövekedett ellenállása fűtőelemekben is alkalmazható. Nem véletlen, hogy nikrómot, fekrált és más ötvözeteket elektromos kemencék és fűtőtestek munkaelemeinek készítésére használnak.
A leginkább elektromosan vezető fém az értékes ezüst, amelyet az ékszerészek inkább érmék verésére stb. használnak. A technológiában és a műszerekben azonban széles körben alkalmazzák speciális kémiai és fizikai tulajdonságait. Például amellett, hogy csökkentett ellenállású egységekben és szerelvényekben használják, az ezüstbevonat megvédi az érintkezőcsoportokat az oxidációtól. Az ezüst és ötvözeteinek egyedi tulajdonságai a magas költségek ellenére gyakran indokolttá teszik használatát.
