رسانایی الکتریکی چیست؟ مواد رسانا و نارسانا برق
محتویات
در این مقاله با رسانایی الکتریکی آشنا میشویم. در حقیقت بررسی میکنیم کدام مواد رسانا (هادی) برق هستند و کدام موارد نیستند.
رسانایی الکتریکی چیست؟
رسانایی الکتریکی مقدار جریان الکتریکی است که یک ماده می تواند حمل کند است. در حقیقت با رسانایی الکتریکی میفهمیم توانایی یک ماده برای حمل جریان برق چقدر است. رسانایی یک ویژگی ذاتی یک ماده است.
رسانایی الکتریکی در یک رسانای فلزی با کاهش دما به تدریج افزایش می یابد. در زیر دمای بحرانی، مقاومت در ابررساناها به صفر می رسد، به طوری که یک جریان الکتریکی می تواند از طریق حلقه ای از سیم ابررسانا بدون نیروی مقاومت عبور کند. در بسیاری از مواد، هدایت توسط الکترون های نواری یا حفره ها انجام می شود. در الکترولیت ها، کل یون ها حرکت می کنند و بار الکتریکی خالص خود را حمل می کنند. در محلول های الکترولیت، غلظت گونه های یونی یک عامل کلیدی در رسانایی ماده است.
هدایت الکتریکی را می توان به عنوان مقدار ولتاژ مورد نیاز برای حرکت دادن مقداری جریان الکتریکی تعریف کرد. هدایت الکتریکی تا حد زیادی توسط تعداد الکترون ها در بیرونی ترین لایه تعیین می شود. این الکترون ها سهولت تولید الکترون های آزاد را تعیین می کنند. عامل دیگر (اما کم اهمیت تر) تعداد اتم ها در واحد حجم است که تعیین کننده تعداد الکترون هایی است که به راحتی در پاسخ به میدان الکتریکی حرکت می کنند.
به طور کلی، بیشتر فلزات دارای رسانایی بالایی هستند، زیرا الکترون‌ها در بیرونی‌ترین پوسته آن‌ها می‌توانند به راحتی حرکت کنند.
مواد رسانا (هادی)
فلزات و پلاسما نمونه هایی از مواد با رسانایی الکتریکی بالا هستند. بهترین رسانای الکتریکی، نقره (فلز) است. عایق های الکتریکی شیشه و آب خالص هستند که هدایت الکتریکی خیلی ضعیفی دارند. به طور کلی میتوان گفت اکثر نافلز ها در جدول تناوبی رسانای الکتریک و حرارتی ضعیف هستند. مواد با رسانایی بالا مانند مس و آلومینیوم، هادی نامیده می شوند.
نمونه هایی از هادی های عالی عبارتند از:
- نقره
- مس
- طلا
- آلومینیوم
- فلز روی
- نیکل
- برنج
مواد نارسانا (غیر هادی)
مواد با رسانایی کم، مانند لاستیک و شیشه، عایق الکتریکی نامیده می شوند. نمونه هایی از هادی های الکتریکی ضعیف عبارتند از:
- لاستیک
- شیشه
- پلاستیک
- چوب خشک
- الماس
- هوا
- آب خالص
دسته ویژه دیگری از مواد مانند سیلیکون و ژرمانیوم در این بین قرار دارند و نیمه رسانا نامیده می شوند. رسانایی نیمه هادی ها بین رسانایی مواد عایق و رسانا است.
واحد رسانایی جریان الکتریکی
رسانایی (هدایت) جریان الکتریکی با نماد σ نشان داده می شود و دارای واحدهای SI زیمنس بر متر (S/m) است. در مهندسی برق از حرف یونانی κ استفاده می شود. گاهی اوقات حرف یونانی γ نیز نشان دهنده رسانایی است. در آب، رسانایی اغلب به عنوان رسانایی خاص گزارش می شود، که معیاری در مقایسه با رسانایی آب خالص در دمای 25 درجه سانتی گراد است.
رابطه بین رسانایی و مقاومت
رسانایی الکتریکی (σ) متقابل مقاومت الکتریکی (ρ) است:
σ = 1/ρ
که در آن مقاومت برای یک ماده با سطح مقطع یکنواخت است:
ρ = RA/l
که در آن R مقاومت الکتریکی، A سطح مقطع، و l طول ماده است.
جدول مقاومت و رسانایی مواد
هدایت الکتریکی ارتباط نزدیکی با رسانایی الکتریکی دارد. رسانایی الکتریکی ویژگی خود ماده (مانند نقره) است، در حالی که رسانایی الکتریکی ویژگی یک جزء الکتریکی خاص (مانند یک سیم خاص) است.
| ماده | مقاومت ρ (Ω.m) در دمای 20 °C | رسانایی σ (S/m) در دمای 20 °C |
| نقره | 1.59×10−8 | 6.30×107 |
| مس | 1.68×10−8 | 5.96×107 |
| طلا | 2.44×10−8 | 4.10×107 |
| آلومینیوم | 2.82×10−8 | 3.5×107 |
| کلسیم | 3.36×10−8 | 2.98×107 |
| تنگستن | 5.60×10−8 | 1.79×107 |
| روی | 5.90×10−8 | 1.69×107 |
| نیکل | 6.99×10−8 | 1.43×107 |
| لیتیوم | 9.28×10−8 | 1.08×107 |
| آهن | 1.0×10−7 | 1.00×107 |
| پلاتین | 1.06×10−7 | 9.43×106 |
| تین | 1.09×10−7 | 9.17×106 |
| استیل کربن | -1010 | 1.43×10−7 |
| سرب | 2.2×10−7 | 4.55×106 |
| تیتانیوم | 4.20×10−7 | 2.38×106 |
| کنستانتان | 4.9×10−7 | 2.04×106 |
| فولاد زنگ نزن | 6.9×10−7 | 1.45×106 |
| جیوه | 9.8×10−7 | 1.02×106 |
| کربم (بی شکل) | 5×10−4 – 8×10−4 | 1.25 – 2×103 |
| کربن (الماس) | 1×1012 | ~10−13 |
| سیلیکون | 6.40×102 | 1.56×10−3 |
| شیشه | 10×1010 – 10×1014 | 10−11 – 10−15 |
| لاستیک سخت | 1×1013 | 10−14 |
| تفلون | 10×1022 – 10×1024 | 10−25 – 10−23 |
رسانای الکتریکی چیست؟
رسانای الکتریکی به ماده ای گفته میشود که میتواند جریان الکتریکی را حمل کند.
مواد رسانای الکتریسیته کدام هستند؟
اکثر فلزات رسانای الکتریسیته هستند. موادی مانند مس، نقره، آلومینیوم و … رسانایی بالایی دارند.
