Ποιο είναι το πιο αγώγιμο στοιχείο;
Η αγωγιμότητα είναι η ικανότητα ενός υλικού να μεταδίδει ενέργεια. Επειδή υπάρχουν διαφορετικές μορφές ενέργειας, υπάρχουν διαφορετικοί τύποι αγωγιμότητας, συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτρικής, της θερμικής και της ακουστικής αγωγιμότητας. Το ασήμι είναι το πιο αγώγιμο στοιχείο, όσον αφορά την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Ο άνθρακας σε μορφή διαμαντιού είναι ο καλύτερος θερμικός αγωγός (το ασήμι είναι το καλύτερο μέταλλο). Μετά το ασήμι, ο χαλκός είναι ο επόμενος καλύτερος αγωγός, ακολουθούμενος από τον χρυσό. Γενικά, τα μέταλλα είναι οι καλύτεροι θερμικοί και ηλεκτρικοί αγωγοί.
Γιατί ο Silver είναι ο καλύτερος μαέστρος;
Ο λόγος που το ασήμι είναι ο καλύτερος ηλεκτρικός αγωγός είναι επειδή τα ηλεκτρόνια του κινούνται πιο ελεύθερα από αυτά άλλων στοιχείων. Αυτό έχει να κάνει με την κρυσταλλική δομή του αργύρου και τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων. Παρόλο που το ασήμι είναι ο καλύτερος ηλεκτρικός αγωγός, αμαυρώνει εύκολα και χάνει την αγωγιμότητα, ενώ είναι πιο ακριβός από τον χαλκό. Ο χρυσός χρησιμοποιείται όταν η αντοχή στη διάβρωση είναι σημαντική.
Ηλεκτρική αγωγιμότητα των στοιχείων
Ακολουθεί ένας πίνακας με την ηλεκτρική αγωγιμότητα των δέκα πιο αγώγιμων στοιχείων. Όλα αυτά τα στοιχεία είναι μέταλλα. Πολλά κράματα είναι επίσης αγώγιμα, συμπεριλαμβανομένου του ανθρακούχου χάλυβα, του ανοξείδωτου χάλυβα, του ορείχαλκου, του μπρούτζου, του Galinstan και του Manganin. Τα μη μέταλλα είναι ηλεκτρικοί μονωτές, με λίγες εξαιρέσεις.
| Στοιχείο | Αγωγιμότητα (S/m στους 20°C) |
| Ασημί | 6,30×10 |
| Χαλκός | 5,96×10 |
| Χρυσός | 4,11×10 |
| Αλουμίνιο | 3,77×10 |
| Ασβέστιο | 2,98×10 |
| Βολφράμιο | 1,79×10 |
| Ψευδάργυρος | 1,69×10 |
| Κοβάλτιο | 1,60×10 |
| Νίκελ | 1,43×10 |
| Ρουθήνιο | 1,41×10 |
Θερμική αγωγιμότητα των στοιχείων
Εδώ είναι ένας πίνακας θερμικής αγωγιμότητας των στοιχείων. Οι περισσότεροι πίνακες αναφέρουν μόνο μέταλλα, επειδή τα μέταλλα γενικά μεταφέρουν τη θερμότητα καλύτερα από τα αμέταλλα. Το διαμάντι (ένα μη μέταλλο) αποτελεί εξαίρεση.
| Στοιχείο | Θερμική αγωγιμότητα (W/cmK) |
| Διαμάντι (άνθρακας) | 8,95 έως 13,50 |
| Ασημί | 4.29 |
| Χαλκός | 4.01 |
| Χρυσός | 3.17 |
| Αλουμίνιο | 2.37 |
| Βηρύλλιο | 2.01 |
| Ασβέστιο | 2.01 |
| Βολφράμιο | 1,74 |
| Μαγνήσιο | 1,56 |
| Ρόδιο | 1,5 |
| Πυρίτιο | 1,48 |
Συμπεριφέρονται κάποια μη μέταλλα;
Ενώ οι καλύτεροι αγωγοί είναι τα μέταλλα, ορισμένα αμέταλλα μεταφέρουν τη θερμότητα και τον ηλεκτρισμό. Το διαμάντι (κρυσταλλικός άνθρακας) είναι ένας εξαιρετικός θερμικός αγωγός, αν και είναι ηλεκτρικός μονωτήρας. Ωστόσο, ο άμορφος άνθρακας και ο γραφίτης όντως άγουν ηλεκτρισμό. Τα ημιμέταλλα είναι δίκαιοι αγωγοί. Το γερμάνιο και το πυρίτιο δεν αγώγουν τόσο καλά τον ηλεκτρισμό όσο ο γραφίτης, αλλά είναι πιο αγώγιμα από το θαλασσινό νερό.
Παράγοντες που επηρεάζουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα
Διάφοροι παράγοντες επηρεάζουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα:
- Θερμοκρασία :Οι πίνακες ηλεκτρικής αγωγιμότητας περιλαμβάνουν τη θερμοκρασία επειδή η αύξηση της θερμοκρασίας διεγείρει θερμικά τα άτομα και μειώνει την αγωγιμότητα (αυξάνει την ειδική αντίσταση). Συνολικά, η σχέση μεταξύ θερμοκρασίας και αγωγιμότητας είναι γραμμική, αλλά διασπάται σε χαμηλές θερμοκρασίες.
- Μέγεθος και σχήμα :Η ηλεκτρική αντίσταση είναι ανάλογη με το μήκος και αντιστρόφως ανάλογη με το εμβαδόν της διατομής. Το φορτίο ρέει με υψηλότερο ρυθμό μέσω μικρότερων καλωδίων και καλωδίων με μεγαλύτερη επιφάνεια διατομής.
- Καθαρότητα :Η προσθήκη μιας ακαθαρσίας σε έναν αγωγό μειώνει την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Εν τω μεταξύ, το ντόπινγκ ενός ημιαγωγού μπορεί να αυξήσει την αγωγιμότητά του. Το αμαυρωμένο ασήμι δεν είναι τόσο καλός αγωγός όσο το καθαρό ασήμι. Το πυρίτιο εμποτισμένο με φώσφορο γίνεται ημιαγωγός τύπου Ν, ενώ το πυρίτιο με βόριο γίνεται ημιαγωγός τύπου Ρ.
- Κρυσταλλική δομή :Η κρυσταλλική δομή ενός στοιχείου επηρεάζει την αγωγιμότητά του. Το διαμάντι και ο γραφίτης είναι και οι δύο κρυσταλλικές μορφές άνθρακα. Το διαμάντι είναι ηλεκτρικός μονωτήρας, ενώ ο γραφίτης άγει ηλεκτρισμό.
- Φάσεις :Μπορεί να υπάρχουν διαφορετικές φάσεις, ακόμη και σε καθαρό δείγμα. Οι διεπαφές φάσης συνήθως είναι αργή αγωγιμότητα. Έτσι, ο τρόπος παραγωγής ενός υλικού επηρεάζει την αγωγιμότητά του.
- Ηλεκτρομαγνητικά πεδία :Τα εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία ενδέχεται να παράγουν μαγνητοαντίσταση εντός ενός ηλεκτρικού αγωγού. Επίσης, όταν το ρεύμα διέρχεται από έναν αγωγό, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο είναι κάθετο στο ηλεκτρικό πεδίο.
- Συχνότητα :Συχνότητα είναι ο αριθμός των κύκλων ταλάντωσης ενός εναλλακτικού ηλεκτρικού ρεύματος. Πάνω από μια ορισμένη συχνότητα, το ρεύμα ρέει γύρω από έναν αγωγό και όχι μέσα από αυτόν. Αυτό ονομάζεται δερματικό αποτέλεσμα. Το Skin effect δεν εμφανίζεται με συνεχές ρεύμα επειδή δεν υπάρχει ταλάντωση και επομένως καμία συχνότητα.
Αναφορές
- Bird, R. Byron; Stewart, Warren E.; Lightfoot, Edwin N. (2007). Φαινόμενα μεταφοράς (2η έκδ.). John Wiley &Sons, Inc. ISBN 978-0-470-11539-8.
- Holman, J.P. (1997). Μεταφορά θερμότητας (8η έκδ.). McGraw Hill. ISBN 0-07-844785-28.
- Matula, R.A. (1979). "Ηλεκτρική αντίσταση χαλκού, χρυσού, παλλαδίου και αργύρου." Journal of Physical and Chemical Reference Data . 8 (4):1147. doi:10.1063/1.555614
- Serway, Raymond A. (1998). Αρχές Φυσικής (2η έκδ.). Φορτ Γουόρθ, Τέξας; Λονδίνο:Saunders College Pub. ISBN 978-0-03-020457-9.
- "Θερμική αγωγιμότητα στοιχείων." Angstom Sciences.
