Электропроводность металлов и чем она обусловлена: классическая, электронная теории

К. Рикке в 1901 г. установил, что проводимость электрического тока металлами не связана с переносом вещества в отличие от электролитов, где носители электричества перемещаются. Электронная теория проводимости металла разработана Толменом и Стюартом. Благодаря опытам они поняли, что электричество в металле передаётся посредством отрицательно заряженных частиц – электронов. Открытие дало толчок в развитии новых технологий в области электроники. Рассмотрим, что такое электрическая проводимость или электропроводность металлов, чем она объясняется. 

Чем обусловлена электропроводность металлов

Совместные работы Толмена и Стюарта продолжил немец Друде – открыл сопротивление металлов прохождению электричества. Благодаря явлению физики классифицировали вещества на проводники, полупроводники, непроводники или диэлектрики.

Электрическая проводимость (электропроводность) металлов – это способность вещества пропускать постоянное электричество под действием электрического поля. Величина обратно пропорциональна электросопротивлению: G = 1/R. Измеряется в сименсах (См) – единицах, противоположных омам (Ом): См = 1/Ом. 

Некоторые диэлектрики могут откликаться на переменный ток, поэтому под проводимостью понимают в первую очередь способность материала пропускать постоянный ток. Способность вещества проводить заряженные частицы почти не зависит от частоты тока в области НЧ, под воздействием ВЧ полей эта зависимость в определённых случаях прослеживается явно.

Основные положения классической теории электропроводности металлов, фундамент которой заложил Друде:

1. Электропроводность зависит от числа свободных носителей заряда.
2. Ток проходит сквозь проводник под воздействием электрического поля.
3. Сила тока вычисляется по закону Ома.
4. Из-за различного числа электронов в решетке кристаллы имеют разное сопротивление.
5. Ток в веществе возникает сразу с воздействием поля на носители заряда.
6. Проводимость металла падает при нагреве. 

Электропроводность среды или тела зависит от способности заряженных элементарных частиц (ионы, дырки, электроны) свободно перемещаться. Она зависит от строения и состояния самого вещества, его агрегатного состояния, температурного режима, разности потенциалов на концах проводника. Атомы, в частности их массивные ядра, препятствуют пропусканию электричества, причём по-разному у различных химических веществ и их соединений. Отсюда и разное сопротивление у веществ.

Золото, медь, серебро и алюминий – лучшие проводники, но применяются драгоценные металлы в исключительных случаях. Контакты многих устройств покрываются золотом, например, разъёмы студийного звукозаписывающего и воспроизводящего звук оборудования и звуковых карт для снижения потерь сигнала.

Обмотки электрических двигателей делают преимущественно из меди, причём количество примесей не должно превышать 0,05-0,1% в зависимости от требований – включения ухудшают электропроводность меди. Она более доступна, чем драгметаллы, отличается долговечностью и надёжностью, выдерживает значительные токи. Алюминий применяют в электросетях с невысокой нагрузкой.