Електрическа проводимост на металите

Електрическата проводимост в металите е резултат от движението на електрически заредени частици. Атомите на металните елементи се характеризират с наличието на валентни електрони, които са електрони във външната обвивка на атом, които са свободни да се движат. Именно тези „свободни електрони“ позволяват на металите да провеждат електрически ток.

Тъй като валентните електрони са свободни да се движат, те могат да пътуват през решетката, която формира физическата структура на метала. Под електрическо поле свободните електрони се движат през метала, подобно на билярдни топки, които се чукат един срещу друг, предавайки електрически заряд, докато се движат.

Преносът на енергия е най-силен, когато има малко съпротивление. На билярдна маса това се случва, когато топка се удари в друга единична топка, пренасяйки по-голямата част от своята енергия върху следващата топка. Ако една топка удари множество други топки, всяка от тях ще носи само частица от енергията.

По същия начин, най-ефективните проводници на електричество са металите, които имат един валентен електрон, който е свободен да се движи и предизвиква силна отблъскваща реакция в други електрони. Такъв е случаят с най-проводимите метали, като среброто,

Полупроводникови метали (или металоиди) имат по-голям брой валентни електрони (обикновено четири или повече). Така че, въпреки че могат да провеждат електричество, те не са ефективни при изпълнението на задачата. Въпреки това, когато се нагрява или легира с други елементи, полупроводници като силиций и германий може да се превърне в изключително ефективни проводници на електричество.

Провеждането в металите трябва да следва закона на Ом, който гласи, че токът е пряко пропорционален на електрическото поле, приложено към метала. Законът, кръстен на немския физик Георг Ом, се появява през 1827 г. в публикувана книга, в която се излага как се измерват токът и напрежението чрез електрически вериги. Ключовата променлива при прилагането на закона на Ом е съпротивлението на метала.

Съпротивлението е противоположно на електрическата проводимост, което оценява колко силно един метал се противопоставя на протичането на електрически ток. Това обикновено се измерва на противоположните страни на еднометров куб от материал и се описва като ом метър (Ω⋅m). Съпротивлението често е представено с гръцката буква rho (ρ).

Електрическата проводимост, от друга страна, обикновено се измерва от сиемени на метър (S⋅m⁻¹) и представена от гръцката буква сигма (σ). Един сиемен е равен на реципрочния на един ом.

* Забележка: съпротивлението на полупроводниците (металоидите) силно зависи от наличието на примеси в материала.