Conductivitatea electrică a metalelor

Conductivitatea electrică a metalelor este rezultatul mișcării particulelor încărcate electric. Atomii elementelor metalice se caracterizează prin prezența electronilor de valență, care sunt electroni în învelișul exterior al unui atom care sunt liberi să se miște. Acești „electroni liberi” sunt cei care permit metalelor să conducă un curent electric.

Deoarece electronii de valență sunt liberi să se miște, ei pot călători prin zăbrele care formează structura fizică a unui metal. Sub un câmp electric, electronii liberi se mișcă prin metal la fel ca bile de biliard care bat unul împotriva celuilalt, trecând o încărcare electrică în timp ce se mișcă.

Transferul de energie este cel mai puternic atunci când există o mică rezistență. Pe o masă de biliard, aceasta apare atunci când o minge lovește împotriva unei alte minge, trecând cea mai mare parte a energiei sale pe următoarea minge. Dacă o singură minge lovește mai multe alte bile, fiecare dintre acestea va purta doar o fracțiune din energie.

În același timp, cei mai eficienți conductori de electricitate sunt metalele care au un singur electron de valență care este liber să se miște și provoacă o reacție puternic respingătoare la alți electroni. Acesta este cazul în metalele cele mai conductoare, cum ar fi argintul, aur, și cupru. Fiecare are un singur electron de valență care se mișcă cu puțină rezistență și provoacă o reacție puternic respingătoare.

Metale semiconductoare (sau metaloizi) au un număr mai mare de electroni de valență (de obicei patru sau mai mulți). Deci, deși pot conduce electricitate, acestea sunt ineficiente în sarcină. Cu toate acestea, atunci când sunt încălzite sau dopate cu alte elemente, semiconductori ca siliciu iar germaniul poate deveni conductori de electricitate extrem de eficienți.

Conducția în metale trebuie să respecte Legea lui Ohm, care prevede că curentul este direct proporțional cu câmpul electric aplicat metalului. Legea, numită după fizicianul german Georg Ohm, a apărut în 1827 într-o lucrare publicată prin care se precizează modul în care se măsoară curentul și tensiunea prin circuite electrice. Variabila cheie în aplicarea Legii lui Ohm este rezistivitatea unui metal.

Rezistivitatea este opusul conductivității electrice, evaluând cât de puternic un metal se opune fluxului de curent electric. Aceasta este măsurată în mod obișnuit pe fețele opuse ale unui cub de material de un metru și este descrisă ca un metru ohm (Ω⋅m). Rezistivitatea este adesea reprezentată de litera greacă rho (ρ).

Pe de altă parte, conductivitatea electrică este, de obicei, măsurată cu siemens pe metru (S⋅m)⁻¹) și reprezentat de litera greacă sigma (σ). Un siemens este egal cu reciprocul unui ohm.

* Notă: Rezistivitatea semiconductorilor (metaloizi) depinde în mare măsură de prezența impurităților din material.