Metālu vērtību tieši nosaka to ķīmiskās un fizikālās īpašības. Tāda indikatora kā elektriskā vadītspēja gadījumā šī attiecība nav tik vienkārša. Visvairāk elektriski vadošais metāls, mērot istabas temperatūrā (+20 °C), ir sudrabs.
Bet augstās izmaksas ierobežo sudraba detaļu izmantošanu elektrotehnikā un mikroelektronikā. Sudraba elementi šādās ierīcēs tiek izmantoti tikai ekonomiskas iespējamības gadījumā.
Vadītspējas fiziskā nozīme
Metālisko vadītāju izmantošanai ir sena vēsture. Zinātnieki un inženieri, kas strādā zinātnes un tehnikas jomās, kurās izmanto elektrību, jau sen ir izlēmuši par materiāliem vadiem, spailēm, kontaktiem, iespiedshēmu plates utt. Fizikāls lielums, ko sauc par elektrisko vadītspēju, palīdz noteikt elektriski vadošāko metālu pasaulē.
Vadītspējas jēdziens ir pretējs elektriskajai pretestībai. kvantitatīvā izteiksmevadītspēja ir saistīta ar pretestības vienību, kuru starptautiskajā mērvienību sistēmā (SI) mēra omos. Elektrovadītspējas mērvienība SI sistēmā ir Siemens. Krievu apzīmējums šai iekārtai ir Sm, starptautiskais ir S. Elektrovadītspējai 1 Sm ir elektrotīkla posms ar pretestību 1 Ohm.
Vadītspēja
Vielas spējas vadīt elektrību mēru sauc par elektrisko vadītspēju. Visaugstākais līdzīgs rādītājs ir elektriski vadošajam metālam. Šo raksturlielumu var instrumentāli noteikt jebkurai vielai vai barotnei, un tam ir skaitliska izteiksme. Vienības garuma un vienības šķērsgriezuma laukuma cilindriska vadītāja elektrovadītspēja ir saistīta ar šī vadītāja īpatnējo pretestību.
Sistēmas vadītspējas vienība ir Siemens uz metru - Sm/m. Lai noskaidrotu, kurš no metāliem ir elektriski vadošākais metāls pasaulē, pietiek salīdzināt to eksperimentāli noteikto īpatnējo vadītspēju. Jūs varat noteikt pretestību, izmantojot īpašu ierīci - mikroohmetru. Šie raksturlielumi ir apgriezti atkarīgi.
Metālu vadītspēja
Pats elektriskās strāvas jēdziens kā virzīta lādētu daļiņu plūsma šķiet harmoniskāka vielām, kuru pamatā ir metāliem raksturīgi kristāla režģi. Elektriskas strāvas gadījumā metālos lādiņu nesēji ir brīvie elektroni, nevis joni, kā tas ir šķidrā vidē. Eksperimentāli ir noskaidrots, ka tad, kad metālos rodas strāva, navnotiek vielu daļiņu pārnešana starp vadītājiem.
Metāliskas vielas no citām atšķiras ar vaļīgākām saitēm atomu līmenī. Metālu iekšējo struktūru raksturo liels skaits "vientuļo" elektronu. kas pie mazākās elektromagnētisko spēku ietekmes veido virzītu plūsmu. Tāpēc ne velti metāli ir labākie elektriskās strāvas vadītāji, un tieši šāda molekulārā mijiedarbība izceļ elektriski vadošāko metālu. Vēl viena specifiska metālu īpašība ir balstīta uz metālu kristāliskā režģa strukturālajām iezīmēm - augstu siltumvadītspēju.
Labākie vadītāji - metāli
4 metāli, kuriem ir praktiska nozīme to izmantošanai kā elektrības vadītājiem, ir sadalīti šādā secībā attiecībā pret vadītspējas vērtību, mērot S/m:
- Sudrabs - 62 500 000.
- Varš - 59 500 000.
- Zelts - 45 500 000.
- Alumīnijs - 38 000 000.
Var redzēt, ka elektriski vadošākais metāls ir sudrabs. Bet, tāpat kā zeltu, to izmanto elektrotīkla organizēšanai tikai īpašos īpašos gadījumos. Iemesls ir augstās izmaksas.
Taču varš un alumīnijs ir visizplatītākā izvēle elektroierīcēm un kabeļu izstrādājumiem to zemās elektriskās pretestības un cenas ziņā. Citus metālus kā vadītājus izmanto reti.
Faktori, kas ietekmē metālu vadītspēju
Pat elektriski vadošākaismetāls samazina tā vadītspēju, ja tajā ir citas piedevas un piemaisījumi. Sakausējumiem ir atšķirīga kristāla režģa struktūra nekā "tīriem" metāliem. Tas izceļas ar simetrijas pārkāpumu, plaisām un citiem defektiem. Paaugstinoties apkārtējai temperatūrai, samazinās arī vadītspēja.
Palielinātā pretestība, kas raksturīga sakausējumiem, tiek izmantota sildelementos. Nav nejaušība, ka nihromu, fekrālu un citus sakausējumus izmanto elektrisko krāšņu un sildītāju darba elementu izgatavošanai.
Elektrivadītspējīgākais metāls ir dārgais sudrabs, ko juvelieri vairāk izmanto monētu kalšanai utt. Taču tehnoloģijā un instrumentācijā tā īpašās ķīmiskās un fizikālās īpašības tiek plaši izmantotas. Piemēram, papildus izmantošanai vienībās un mezglos ar samazinātu pretestību, sudraba pārklājums aizsargā kontaktgrupas no oksidēšanās. Sudraba un tā sakausējumu unikālās īpašības bieži vien padara tā lietošanu pamatotu, neskatoties uz augstajām izmaksām.
