يتم تحديد قيمة المعادن بشكل مباشر من خلال خصائصها الكيميائية والفيزيائية. في حالة وجود مؤشر مثل التوصيل الكهربائي ، فإن هذه العلاقة ليست واضحة تمامًا. أكثر المعادن الموصلة للكهرباء ، والتي يتم قياسها في درجة حرارة الغرفة (+20 درجة مئوية) ، الفضة.
لكن التكلفة العالية تحد من استخدام الأجزاء الفضية في الهندسة الكهربائية والإلكترونيات الدقيقة. تستخدم العناصر الفضية في مثل هذه الأجهزة فقط في حالة الجدوى الاقتصادية.
المعنى المادي للموصلية
استخدام الموصلات المعدنية له تاريخ طويل. لطالما قرر العلماء والمهندسون العاملون في مجالات العلوم والتكنولوجيا التي تستخدم الكهرباء اختيار المواد الخاصة بالأسلاك والمحطات الطرفية وجهات الاتصال ولوحات الدوائر المطبوعة وما إلى ذلك. تساعد الكمية الفيزيائية التي تسمى الموصلية الكهربائية في تحديد أكثر المعادن موصلة للكهرباء في العالم.
مفهوم التوصيل معكوس للمقاومة الكهربائية. التعبير الكميترتبط الموصلية بوحدة المقاومة ، والتي يتم قياسها في النظام الدولي للوحدات (SI) بالأوم. وحدة التوصيل الكهربائي في نظام SI هي شركة Siemens. التعيين الروسي لهذه الوحدة هو Sm ، الدولي هو S. الموصلية الكهربائية 1 Sm لها قسم من الشبكة الكهربائية بمقاومة 1 أوم.
الموصلية
قياس قدرة مادة ما على توصيل الكهرباء يسمى التوصيل الكهربائي. يحتوي المعدن الأكثر توصيلًا للكهرباء على أعلى مؤشر مشابه. يمكن تحديد هذه الخاصية بطريقة مفيدة لأي مادة أو وسيط ولها تعبير رقمي. ترتبط الموصلية الكهربائية للموصل الأسطواني بطول الوحدة ومساحة المقطع العرضي للوحدة بالمقاومة المحددة لهذا الموصل.
وحدة توصيل النظام هي سيمنز لكل متر - Sm / m. لمعرفة أي من المعادن هو أكثر المعادن موصلة للكهرباء في العالم ، يكفي مقارنة موصليةها المحددة ، التي يتم تحديدها تجريبياً. يمكنك تحديد المقاومة باستخدام جهاز خاص - مقياس ميكرومتر. هذه الخصائص تعتمد عكسيا.
موصلية المعادن
يبدو مفهوم التيار الكهربائي كتدفق موجه للجسيمات المشحونة أكثر انسجامًا مع المواد القائمة على المشابك البلورية المميزة للمعادن. حاملات الشحنة في حالة حدوث تيار كهربائي في المعادن هي إلكترونات حرة وليست أيونات ، كما هو الحال في الوسائط السائلة. لقد ثبت تجريبيا أنه عندما يحدث تيار في المعادن ، لا يوجدهناك انتقال لجسيمات المادة بين الموصلات.
تختلف المواد المعدنية عن غيرها في الروابط اللينة على المستوى الذري. يتميز التركيب الداخلي للمعادن بوجود عدد كبير من الإلكترونات "المنعزلة". والتي ، تحت تأثير القوى الكهرومغناطيسية ، تشكل تدفقًا موجهًا. لذلك ، فليس عبثًا أن تكون المعادن هي أفضل موصلات للتيار الكهربائي ، وهذه التفاعلات الجزيئية بالتحديد هي التي تميز المعدن الأكثر توصيلًا للكهرباء. تعتمد خاصية أخرى محددة للمعادن على السمات الهيكلية للشبكة البلورية للمعادن - الموصلية الحرارية العالية.
أفضل الموصلات - المعادن
4 معادن ذات أهمية عملية لاستخدامها كموصلات كهربائية يتم توزيعها بالترتيب التالي بالنسبة لقيمة التوصيلية المقاسة بوحدة S / m:
- فضية - 62500000.
- نحاسي - 59500000.
- ذهب - 45500000.
- ألمنيوم - 38.000.000.
يمكن ملاحظة أن المعدن الأكثر توصيلًا للكهرباء هو الفضة. لكن مثل الذهب ، يتم استخدامه لتنظيم الشبكة الكهربائية فقط في حالات خاصة ومحددة. السبب ارتفاع التكلفة
لكن النحاس والألمنيوم هما الخيار الأكثر شيوعًا للأجهزة الكهربائية ومنتجات الكابلات نظرًا لمقاومتها الكهربائية المنخفضة والقدرة على تحمل التكاليف. نادرا ما تستخدم معادن أخرى كموصلات.
العوامل المؤثرة على موصلية المعادن
حتى الأكثر موصلة للكهرباءيقلل المعدن من الموصلية إذا كان يحتوي على إضافات وشوائب أخرى. للسبائك بنية شبكية بلورية مختلفة عن المعادن "النقية". يتميز بانتهاك التناظر والشقوق والعيوب الأخرى. تنخفض الموصلية أيضًا مع زيادة درجة الحرارة المحيطة.
المقاومة المتزايدة الكامنة في السبائك تجد تطبيقها في عناصر التسخين. ليس من قبيل المصادفة أن نيتشروم وفكرال وسبائك أخرى تستخدم في صنع عناصر عمل للأفران الكهربائية والسخانات.
المعدن الأكثر توصيلًا للكهرباء هو الفضة الثمينة ، ويستخدمها الجواهريون أكثر في سك العملات المعدنية ، وما إلى ذلك. ولكن في التكنولوجيا والأجهزة ، تُستخدم خصائصه الكيميائية والفيزيائية الخاصة على نطاق واسع. على سبيل المثال ، بالإضافة إلى استخدامها في الوحدات والتجمعات ذات المقاومة المنخفضة ، فإن طلاء الفضة يحمي مجموعات التلامس من الأكسدة. غالبًا ما تجعل الخصائص الفريدة للفضة وسبائكها لها ما يبررها على الرغم من ارتفاع تكلفتها.
