電気伝導率

自然界では、すべての物質に 電荷が 存在します。基本的に、すべての物質は 原子 から構成される分子で構成されています。これらは、より小さな粒子、 陽子 、電子、 中性子 で構成されています。中性子は電荷を持ちません。陽子は正の電荷を持ち、電子は負の電荷を持ちます。素電荷の値は一定です。これらは量子化されたパケットであり、その強度は陽子の場合は 1.6×10 ^-19 C、電子の場合は -1.6×10 ^-19 C に相当します。したがって、中性原子には同じ数の陽子と電子があります。

原子核は陽子と中性子で構成されています。電子は原子の外側の領域に多く存在します。核の凝集に関与する力は 、強い核力 と 弱い核力 です。これらの力は、同じ符号の電荷が互いに反発すると仮定すると、陽子間の静電反発力を克服するのに十分なほど強力です。このように、原子核は、図01に示すように、中性子と陽子が比較的接近した配置になっています。

電子は原子核から比較的離れたところに位置しており、原子核は正の電荷を持ち、電子は負の電荷を持っているため、静電引力の影響を受けます。しかし、引力だけが働いた場合、電子は崩壊して原子核を占有してしまいます。 ボーアの原子模型 によれば、電子は原子核の周りを円運動するため、このようなことは起こりません。このため、反発力が発生します。そして、電子を安定した軌道に保つのはこれらの力です。電子は軌道上のレベルを変えることができます。

特に最外殻電子は原子から取り出すこともできます。この場合、それらは隣接する原子を占有することができます。したがって、交換に関与する原子の電荷に変化が生じました。電子を放棄した原子が最初は中性であった場合、プロセスの後、その原子は正の電荷を獲得します。電子を獲得した原子はマイナスの電荷を持ちます。これは電子移動プロセスです。このタイプの転送は、いくつかの方法で発生する可能性があります。可能性としては、摩擦、伝導、誘導プロセスが考えられます。

一般に、 電気伝導 プロセスは 金属 内で起こります。このタイプの物質は、結晶構造に秩序があり、原子のネットワーク内を移動できる 自由電子 も備えています。電子は、この材料の両端​​に加えられる電位差によって移動します。これらの電位差は、一部の領域では電子が不足し、別の領域では電子が過剰になるために発生します。 電位差は 、電荷間の引力に関連しています。言い換えれば、電子が欠けている正電荷の領域は、負電荷の電子を引き寄せます。

これらの電荷の移動中に、電子と原子鎖の間で相互作用が発生します。これにより、図 02 に示すように、これらの電子の移動にある程度の抵抗が生じます。

この 電流 の通過に対する抵抗は、各材料の特性である抵抗率によるものです。数学的には、この 電気抵抗率は 次のように与えられます。

ρ = RS/l (1)

抵抗率は 電気抵抗 R と材料の断面積 S に比例し、問題の材料の長さに反比例することに注意してください。言い換えれば、特定の直線断面積および特定の長さに対して、材料で測定される抵抗が大きいほど、その抵抗率も大きくなります。

電気伝導率は 単純に抵抗率の逆数です。言い換えれば、抵抗率が高くなるほど、導電率は低くなります。式 2 は次のことを示しています。

σ = 1/ρ

材料は、導電率が 10 ⁴ /Ω.m を超える場合は導体、導電率が 10 ^-10 /Ω.m から 10 ⁴ /Ω.m までの範囲にある場合は 半導体 、導電率が 10 未満の場合は 絶縁体 として分類されます。 ^-10 /Ω.m.

金属は一般に、10 ⁷ /Ω.m の範囲で優れた導電率を持っています。これらは無駄が少ないため、電気エネルギーの送電線に最もよく使用されます。導電率が高いため、電気ネットワークの加熱による損失が少なくなります。 銀 は優れた導体ですが、費用対効果の比率が最も優れている 銅 が最もよく使用されます。

超電導 現象は、いくつかの材料や合金で観察されます。この場合、抵抗率はゼロであり、導電率は無限大です。しかし、これは物質が非常に低い温度にある場合にのみ可能です。

参考文献:
電気伝導率。入手可能場所: http://pt.wikipedia.org/wiki/Condutividade_elétrica

アイスバーグ、ロバート・レズニック、ロバート。量子物理学 – 原子、分子、固体、原子核、粒子。パウロ・コスタ・リベイロ、イニオ・コスタ・ダ・シルベイラ、マルタ・フェイジョ・バローゾ訳。リオデジャネイロ：キャンパス、1979 年

デヴィッド・ハリデー、ロバート・クレイン、デネス・S.『物理学 3』、第 2 巻、5 版、リオデジャネイロ: LTC、2004 年、384 ページ。