Przeczytaj

bg‑red

Wzorzec przewodności

Miarą tego, jak dobrze dany materiał (np. metalmetalemetal) przenosi ładunek elektryczny jest przewodnictwo elektryczneprzewodnictwo elektryczneprzewodnictwo elektryczne. Za międzynarodowy wzorzec przewodnictwa elektrycznego (przewodności elektrycznej) została uznana miedź wyżarzana, co oznacza się jako IACS (ang. International Annealed Copper Standard – Międzynarodowy standard miedzi wyżarzonej). W $1913 r .$ Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna ustanowiła standard przewodności komercyjnie czystej miedzi wyżarzanej.

Wartość standardową ustalono na podstawie pomiarów dużej liczby reprezentatywnych próbek miedzi, pochodzących z $14$ ważnych światowych rafinerii miedzi. Zbadano, że w temperaturze $20 ° C$ , czysta miedź wyżarzana ma przewodnictwo równe $5,8001 \cdot 10^{7} \frac{S}{m}$ (lub rezystywnośćrezystywność rezystywność $1,7241 \cdot 10^{- 8} Ω \cdot m$ ). Najczęściej jednak przewodnictwo wyrażane jest w procentach $IACS$ ( $% IACS$ ). Ustalono, że przewodnictwo miedzi wyżarzonej, równe $5, 8001 \cdot 10^{7} \frac{S}{m}$ , w $20 ° C$ wyraża się jako $100 % IACS$ .

Standard służy jako porównanie przy określaniu przewodności innych metali (lub materiałów). Na przykład przewodnictwo żelaza, równe $1,04 \cdot 10^{7} \frac{S}{m}$ , w $20 ° C$ wyraża się jako $18 %$ przewodnictwa wyżarzonej miedzi, co jest określane jako $18 % IACS$ .

Ważne!

RYCBzOFD9iuIJ11

Zdjęcie przedstawia zwitek drutu miedzianego. — Drut miedziany
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Poprawa jakości technik pomiarowych i metod oczyszczania miedzi sprawia, że komercyjnie czysta miedź ma obecnie wartość przewodnictwa $IACS$ większą niż $100 % IACS$ . Dla przykładu, miedź do zastosowań elektrotechnicznych (np. produkcja przewodów) posiada czystość min. $99,90 %$ i przewodność $101 % IACS$ .

bg‑red

Złoty medal dla srebra

R10JZftANHInD1

Zdjęcie przedstawia niebieski stół bilardowy i dwie bile: czarną i białą. Po prawej stronie znajduje się koniec kija bilardowego, który jest wycelowany w białą bilę. — Gdy dana kula uderza w pojedynczą bilę, przekazuje jej większość swojej energii.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Przewodnictwo elektryczne można porównać do poruszania się kul na stole bilardowym. Jeżeli metal znajdzie się w zasięgu pola elektrycznego, elektrony chmury elektronowej poruszają się w metalu jak kule bilardowe (rysunek po prawej), uderzają o siebie i przekazują ładunek elektryczny. Co ważne, transfer energii jest największy, gdy opór elektryczny (tzw. rezystancja) jest mały.

Co to oznacza? Gdy dana kula uderza w pojedynczą bilę, przekazuje jej większość swojej energii. Jeżeli jednak jedna kula uderzy jednocześnie w kilka innych kul, każda z nich otrzyma tylko część energii.

Ta sama sytuacja występuje w przypadku metali, co oznacza, że najskuteczniejsze przewodniki to te metale, które posiadają pojedynczy elektron walencyjny. Dlaczego? Ponieważ może się on swobodnie poruszać w obwodzie elektrycznym. Przewodnictwo elektryczne metali zmienia się w szerokim zakresie. Poniżej przedstawiono przewodnictwo właściwe wybranych metali, wyrażoną w $\frac{S}{m}$ .

RC2xoMMkK5f261

Wykres kolumnowy. Lista elementów:

1. zestaw danych:

[bold]metal: srebro
przewodnictwo właściwe metalu: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej w simensach na metr w temperaturze dwudziestu stopni Celsjusza 6,30; Podpis osi wartości: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej

2. zestaw danych:

[bold]metal: miedź
przewodnictwo właściwe metalu: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej w simensach na metr w temperaturze dwudziestu stopni Celsjusza 5,96; Podpis osi wartości: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej

3. zestaw danych:

[bold]metal: miedź wyżarzona
przewodnictwo właściwe metalu: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej w simensach na metr w temperaturze dwudziestu stopni Celsjusza 5,80; Podpis osi wartości: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej

4. zestaw danych:

[bold]metal: złoto
przewodnictwo właściwe metalu: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej w simensach na metr w temperaturze dwudziestu stopni Celsjusza 4,11; Podpis osi wartości: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej

5. zestaw danych:

[bold]metal: glin
przewodnictwo właściwe metalu: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej w simensach na metr w temperaturze dwudziestu stopni Celsjusza 3,77; Podpis osi wartości: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej

6. zestaw danych:

[bold]metal: wapń
przewodnictwo właściwe metalu: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej w simensach na metr w temperaturze dwudziestu stopni Celsjusza 2,98; Podpis osi wartości: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej

7. zestaw danych:

[bold]metal: wolfram
przewodnictwo właściwe metalu: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej w simensach na metr w temperaturze dwudziestu stopni Celsjusza 1,79; Podpis osi wartości: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej

8. zestaw danych:

[bold]metal: cynk
przewodnictwo właściwe metalu: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej w simensach na metr w temperaturze dwudziestu stopni Celsjusza 1,69; Podpis osi wartości: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej

9. zestaw danych:

[bold]metal: nikiel
przewodnictwo właściwe metalu: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej w simensach na metr w temperaturze dwudziestu stopni Celsjusza 1,43; Podpis osi wartości: sigma razy dziesięć do potęgi siódmej

Jak widać na powyższym wykresie, na podium, jeśli chodzi o przewodnictwo elektryczne, znajdują się: srebro, miedź i złoto.

R16aovAHAaUpk1

Ciekawostka

R1APCiKrRXh571

Zdjęcie przedstawia namagnesowaną złotą kostkę, która unosi się nad owalnym magnezem znajdującym się na blacie. — Namagnesowana kostka unosi się ponad nadprzewodnikiem.
Źródło: Peter nussbaumer, dostępny w internecie: wikipedia.com, licencja: CC BY-SA 3.0.

Przewodnictwo metali zależy od temperatury. Gdy temperatura rośnie, przewodnictwo maleje ze względu na zwiększony opór elektryczny. Tym samym elektrony są mniej ruchliwe, ponieważ napotykając na swej drodze jony metalu, tracą częściowo energię kinetyczną. Z kolei po obniżeniu temperatury, dla niektórych metali można zauważyć, że bardzo łatwo przewodzą prąd elektryczny. W niskiej temperaturze spada opór elektryczny, przez co jest możliwe przesyłanie prądu elektrycznego o większym natężeniu. O takich metalach mówi się wówczas, że są nadprzewodnikami. Zalicza się do nich np. cynę, ołów oraz rtęć.

Słownik

metale

(gr. métallon „kopalnia”, „kruszec”) pierwiastki chemiczne, których charakterystyczną cechą jest obecność chmury elektronowej w sieci krystalicznej metalu; są dobrymi przewodnikami ciepła i elektryczności, posiadają połysk i dużą wytrzymałość mechaniczną, są plastyczne

przewodnictwo elektryczne

przewodność elektryczna, wielkość, która charakteryzuje zdolność do przewodzenia ładunku elektrycznego pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego

rezystywność

opór właściwy, wielkość charakteryzująca właściwości elektryczne materiału; jednostką jest omometr ( $Ω \cdot m$ )

Bibliografia

Cox P. A., Krótkie wykłady. Chemia nieorganiczna, Warszawa $2012$ .

Czerwiński A., Czerwińska A., Jelińska‑Kazimierczuk M., Kuśmierczyk K., Chemia 1, Warszawa $2002$ .

Encyklopedia PWN

Fassbinder S., Materiały przewodzące. Praktyczne zastosowania materiałów przewodzących, Niemcy $2010$ .

Greenwood N. N., Earnshaw A., Chemistry of the elements, 2nd Edition, Oksford $1997$ .

Mesina M. B., De Jong T. P. R., and Dalmijn W. L., Physical Separation in Science and Engineering,”International Journal of Mineral Proccesing” $2003$ , t. $12$ , nr $2$ , s. $87 — 101$ .

Serway R. A., Principles of Physics, 2nd Edition, Texas $1998$ .

Stratton S. W., Copper Wire Tables. Circular of the Bureau of Standards, United States Department of Commerce, $1914$ , nr $31$ ., online: https://archive.org/details/copperwiretables31unituoft, dostęp: $19.11.2021$ .

Wprowadzenie

Animacja

Wzorzec przewodności

Złoty medal dla srebra

Słownik

Bibliografia