¿Cuál es el metal más conductor?
Conductividad eléctrica
La capacidad de un objeto para conducir corriente eléctrica se llama conductividad. Varios metales tienen diferentes conductividades. Generalmente, la plata tiene la mejor conductividad, seguida del cobre y el oro. La conductividad de los sólidos se refiere a la migración a larga distancia de electrones o iones en sólidos bajo la acción de un campo eléctrico. Generalmente está dominada por un tipo de portador de carga, como por ejemplo: conductor electrónico, con portadores de electrones como cuerpo principal; conductividad iónica basada en portadores de iones; los conductores mixtos contienen tanto portadores como iones. Además, algunos fenómenos eléctricos no son causados por la migración de portadores, sino por la polarización sólida inducida por un campo eléctrico, como los fenómenos dieléctricos y los materiales dieléctricos.
1 Teorías relacionadas
La teoría más antigua de la conductividad de los metales es la teoría de Trude-Lorenz basada en la teoría clásica. Suponiendo la presencia de electrones libres en los metales, obedecen a la estadística clásica de Boltzmann como las moléculas de gases ideales. En condiciones de equilibrio, aunque están en constante movimiento, su velocidad promedio es cero. En presencia de un campo eléctrico externo, los electrones ganan una aceleración a en la dirección de la fuerza del campo eléctrico: el J óptimo del cúmulo produce un movimiento direccional. Al mismo tiempo, los electrones intercambian energía con los sólidos iónicos que componen el. red cristalina y pierde movimiento direccional. De esta manera, bajo una cierta intensidad de campo eléctrico, hay una velocidad de deriva promedio l, suponiendo que la probabilidad de colisión es 1 / r (r también se llama tiempo de carrera libre), entonces D = e. , z, y la densidad de corriente J= zg. En comparación con la ley de Ohm, Lan Li San J57 tiene las siguientes deficiencias: la teoría clásica de Witch M explicó con éxito la ley de Ohm y derivó la ley de Franz de Weidmann, que está relacionada con la conductividad térmica y la conductividad eléctrica, pero también encontró dificultades fundamentales. . Según la teoría clásica, la contribución de los electrones libres de los metales a la capacidad calorífica debería ser comparable a la contribución de las vibraciones de la red, pero esto no se observó en los experimentos. Esta contradicción se resolvió al darse cuenta de que los electrones de los metales debían obedecer las leyes estadísticas de Fermi cuántico. Según las estadísticas de Fermi, sólo unos pocos electrones cerca de la superficie de Fermi contribuyen a la capacidad calorífica específica. Otra dificultad es que el camino libre promedio de los electrones estimado en base a valores experimentales de conductividad del metal es de aproximadamente varios cientos de distancias atómicas, pero según la teoría clásica, no puede explicar por qué los electrones tienen un camino libre tan largo. Para resolver esta contradicción, junto con el desarrollo de la mecánica cuántica, comenzamos a estudiar sistemáticamente el movimiento de los electrones en el campo periódico cristalino, estableciendo así gradualmente la teoría de las bandas de energía. Según la teoría de la banda de energía, los electrones que se mueven en un campo potencial estrictamente periódico permanecen en el estado propio y su movimiento no está sujeto a "resistencia". Sin embargo, cuando el campo potencial del cristal se desvía del campo periódico debido a la vibración atómica, se producen defectos de impureza. , etc., el movimiento de los electrones choca y se dispersa, dando así una explicación correcta del camino libre de los electrones en los cristales. La resistencia de los metales en general es causada por la dispersión de electrones por la vibración de los átomos de la red cristalina. A temperaturas suficientemente altas, la probabilidad de dispersión es proporcional al cuadrado del desplazamiento atómico y proporcional a la temperatura. A bajas temperaturas, sólo aquellas vibraciones de baja frecuencia de la red, es decir, ondas sonoras largas, pueden contribuir a la dispersión y, a medida que la temperatura disminuye, el número de modos de vibración de la red que contribuyen continúa disminuyendo, lo que demuestra que la resistividad del metal aumentará con la límite de temperatura. Cambiar. La presencia de impurezas y defectos en materiales reales también destruirá el campo potencial periódico y provocará la dispersión de electrones. En términos generales, el efecto de la dispersión de impurezas y defectos en los metales no depende de la temperatura sino que es directamente proporcional a la densidad de las impurezas y defectos, que es la causa de la resistencia residual. La resistencia extremadamente pequeña de los materiales de aleaciones magnéticas diluidas a temperaturas extremadamente bajas es el resultado de los cambios de espín cuando los electrones son dispersados por impurezas magnéticas, lo que se denomina efecto Kondo. Basándose en las estadísticas de Fermi y la teoría de bandas de energía, se desarrolló la teoría moderna de la conductancia de los metales. (Han Ruqi) Conductividad del metal La resistividad del metal tiene buena conductividad y su conductividad A es superior a 1,9 cm-1. Según la ley de Ohm, la densidad de corriente j en el metal es proporcional a la intensidad del campo eléctrico e. Existe una tolerancia de j, que generalmente es un tensor de segundo orden. El recíproco de la conductividad se llama resistividad. La conductividad de los metales está relacionada con la temperatura. Normalmente, la resistividad del metal es proporcional a la temperatura t. A bajas temperaturas, el cambio en la resistividad de muchos materiales metálicos con la temperatura sigue la ley t". En el rango de temperatura extremadamente baja del helio líquido, la mayoría de los materiales diluidos contienen trazas de impurezas magnéticas. Los materiales de aleación tienen un valor mínimo en la curva de resistencia versus temperatura. Los metales también son buenos conductores térmicos. La ley de Weidmann-Franz muestra que la relación entre la conductividad térmica K y la conductividad eléctrica del metal es proporcional a la temperatura t. , L=2.22x10-8V2/K” en la fórmula k/a LT, L es una constante, llamada número de Lorentz.
Según la ley de Madsen, la resistividad P de un material metálico que contiene una pequeña cantidad de impurezas o defectos se puede escribir como: P-PP (aproximadamente P0 es la parte de la resistividad relacionada con la temperatura; P0 es la parte independiente de la temperatura , que representa impurezas y defectos La influencia de es el valor de resistencia cuando la temperatura t tiende a OK, lo que se llama resistencia residual
2 No conductores
La diferencia entre metales y no conductores. -Los metales es que los metales están conectados a través de enlaces metálicos, mientras que los no metales están conectados a través de enlaces iónicos o enlaces de valencia. En términos de propiedades físicas, los metales generalmente tienen conductividad, brillo metálico y ductilidad, y la mayoría de ellos son sólidos. Líquido a temperatura ambiente La mayoría de los no metales son aislantes, solo unos pocos no metales son conductores (carbono) o semiconductores (silicio). Sin embargo, debido al rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, las diferencias entre ellos son cada vez menores. menos obvio. El desarrollo de la nanotecnología ha hecho cada vez más clara la distinción entre metales y no metales.
Los metales son generalmente conductores, lo que indica que existen metales no conductores.