Metalų vertę tiesiogiai lemia jų cheminės ir fizinės savybės. Tokio rodiklio kaip elektros laidumo atveju šis ryšys nėra toks paprastas. Labiausiai elektrai laidus metalas, matuojant kambario temperatūroje (+20 °C), yra sidabras.
Tačiau didelė kaina riboja sidabrinių dalių naudojimą elektrotechnikoje ir mikroelektronikoje. Sidabriniai elementai tokiuose įrenginiuose naudojami tik esant ekonominiam pagrįstumui.
Fizikinė laidumo reikšmė
Metalinių laidininkų naudojimo istorija yra ilga. Mokslininkai ir inžinieriai, dirbantys elektrą naudojančiose mokslo ir technikos srityse, jau seniai sprendė dėl medžiagų laidams, gnybtams, kontaktams, spausdintinėms plokštėms ir kt. Fizikinis dydis, vadinamas elektros laidumu, padeda nustatyti elektrai laidiausią metalą pasaulyje.
Laidumo sąvoka yra atvirkštinė elektrinei varžai. kiekybinė išraiškalaidumas yra susijęs su varžos vienetu, kuris tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) matuojamas omais. Elektros laidumo vienetas SI sistemoje yra Siemens. Šio įrenginio rusiškas žymėjimas yra Sm, tarptautinis - S. 1 Sm elektrinis laidumas turi elektros tinklo atkarpą, kurios varža 1 Ohm.
Laidumas
Medžiagos gebėjimo praleisti elektrą matas vadinamas elektriniu laidumu. Didžiausią panašų rodiklį turi labiausiai elektrai laidus metalas. Ši charakteristika gali būti nustatyta bet kuriai medžiagai ar terpei instrumentiškai ir turi skaitinę išraišką. Vienetinio ilgio ir vienetinio skerspjūvio ploto cilindrinio laidininko elektros laidumas yra susijęs su specifine šio laidininko varža.
Sisteminis laidumo vienetas yra Siemens vienam metrui – Sm/m. Norint išsiaiškinti, kuris iš metalų yra labiausiai elektrai laidus metalas pasaulyje, pakanka palyginti jų savitąjį laidumą, nustatytą eksperimentiniu būdu. Atsparumą galite nustatyti naudodami specialų prietaisą - mikroohmetrą. Šios charakteristikos yra atvirkščiai priklausomos.
Metalų laidumas
Pati elektros srovės, kaip kryptingo įkrautų dalelių srauto, samprata atrodo darnesnė medžiagoms, kurių pagrindą sudaro metalams būdingos kristalinės gardelės. Krūvio nešikliai, esant elektros srovei metaluose, yra laisvieji elektronai, o ne jonai, kaip yra skystoje terpėje. Eksperimentiškai nustatyta, kad kai metaluose atsiranda srovė, nėratarp laidininkų vyksta medžiagos dalelių pernešimas.
Metalinės medžiagos skiriasi nuo kitų laisvesniais ryšiais atominiame lygmenyje. Vidinei metalų struktūrai būdinga daug „vienišų“elektronų. kurios, veikiamos menkiausios elektromagnetinių jėgų, sudaro kryptingą srautą. Todėl ne veltui metalai yra geriausi elektros srovės laidininkai, o būtent tokia molekulinė sąveika išskiria elektrai laidiausią metalą. Kita specifinė metalų savybė pagrįsta metalų kristalinės gardelės struktūrinėmis savybėmis – dideliu šilumos laidumu.
Geriausi laidininkai – metalai
4 metalai, turintys praktinę reikšmę juos naudoti kaip elektros laidininkus, yra paskirstomi tokia tvarka, atsižvelgiant į laidumo vertę, išmatuotą S/m:
- Sidabras – 62 500 000.
- Varis – 59 500 000.
- Auksas – 45 500 000.
- Aliuminis – 38 000 000.
Matyti, kad labiausiai elektrai laidus metalas yra sidabras. Bet kaip ir auksas, jis naudojamas elektros tinklui organizuoti tik ypatingais konkrečiais atvejais. Priežastis yra didelė kaina.
Tačiau varis ir aliuminis yra dažniausiai elektros prietaisų ir kabelių gaminių pasirinkimas dėl mažos elektros varžos ir įperkamumo. Kiti metalai retai naudojami kaip laidininkai.
Metalų laidumą įtakojantys veiksniai
Netgi labiausiai elektrai laidusmetalas sumažina savo laidumą, jei jame yra kitų priedų ir priemaišų. Lydinių kristalinės gardelės struktūra skiriasi nuo „grynųjų“metalų. Jis išsiskiria simetrijos pažeidimu, įtrūkimais ir kitais defektais. Laidumas taip pat mažėja didėjant aplinkos temperatūrai.
Padidėjęs lydiniams būdingas atsparumas pritaikomas kaitinimo elementuose. Neatsitiktinai nichromas, fekralis ir kiti lydiniai naudojami elektrinių krosnių ir šildytuvų darbiniams elementams gaminti.
Labiausiai elektrai laidus metalas yra brangusis sidabras, kurį juvelyrai dažniau naudoja monetoms kaldinti ir kt. Tačiau technologijose ir prietaisuose jo ypatingos cheminės ir fizinės savybės yra plačiai naudojamos. Pavyzdžiui, ne tik naudojamas blokuose ir mazguose, kurių atsparumas yra mažesnis, bet ir sidabro padengimas apsaugo kontaktines grupes nuo oksidacijos. Dėl unikalių sidabro ir jo lydinių savybių jo naudojimas dažnai pateisinamas, nepaisant didelių sąnaudų.
