Tabla de Contenidos
Elektriği iletme yeteneği açısından, malzemeler genel olarak iletken, yarı iletken ve yalıtkan veya dielektrik malzemelere ayrılabilir. Adından da anlaşılacağı gibi, bir elektrik iletkeni, potansiyel bir farka bağlandığında veya bir elektrik alanının etkisine maruz kaldığında elektriği iletebilen herhangi bir malzemedir.
Elektriği iletme yeteneği, metallerin karakteristik bir özelliğidir. Aslında, en iyi iletkenlerin büyük çoğunluğu metalik elementlerdir. Bununla birlikte, çok özel bir karbon allotropu, tüm periyodik tablodaki en iletken metalle bile rekabet edebilir.
Bir malzemenin elektriği iletme yeteneği nasıl ölçülür?
Bir malzemenin elektriği iletme yeteneği, elektriksel iletkenlik ile ölçülür. Bu, birim uzunlukta ve kesitte bir iletkenin iletkenliğini temsil eden, maddenin yoğun bir özelliğidir . Yoğun bir özellik olarak, iletkenin boyutlarına veya şekline değil, sadece yapıldığı malzemeye bağlıdır. Bu nedenle elementleri elektriği iletme yeteneklerine göre karşılaştırmak istiyorsak, iletkenliklerini karşılaştırmak yeterlidir.
Bir malzemenin iletkenliğine bağlı olarak iletken, yarı iletken ve yalıtkan olarak sınıflandırılabilir. Aşağıdaki tabloda, her bir malzeme türü için iletkenlik aralıkları gösterilmektedir:
| Malzeme tipi | Tipik iletkenlik aralığı (S/m) |
| sürücü | 10 2 – 10 8 |
| yarı iletken | 10 -6 – 10 -4 |
| yalıtım | 10 -19 – 10 -11 |
Hangi iletkenlik değerlerinin iletkenleri karakterize ettiğini bilen aşağıdaki tablo, periyodik tablonun elektriği en iyi ileten 50 elementinin iletkenliklerinin sıralı bir listesini göstermektedir. Bu değerler, elementlerin hacimsel yani makroskobik miktarlarda iletkenliğine karşılık gelir.
| eleman | kimyasal sembol | 20°C’de (293K) elektriksel iletkenlik (σ.m/S) | Malzeme tipi |
| Gümüş | ağustos | 6,30.10 7 | sürücü |
| Bakır | cu | 5,96,10 7 | sürücü |
| Altın | ah | 4,52.10 7 | sürücü |
| Alüminyum | için | 3,77.10 7 | sürücü |
| Kalsiyum | AC | 2.98.10 7 | sürücü |
| Berilyum | Olmak | 2,81,10 7 | sürücü |
| Rodyum | Sağ | 2,33.10 7 | sürücü |
| Magnezyum | mg | 2,28.10 7 | sürücü |
| iridyum | Gitmek | 2.13.10 7 | sürücü |
| Sodyum | na | 2,10.10 7 | sürücü |
| Tungsten | W | 1,89,10 7 | sürücü |
| Molibden | ay | 1,87,10 7 | sürücü |
| Kobalt | ortak | 1,79,10 7 | sürücü |
| Çinko | Zn | 1.69,10 7 | sürücü |
| Kadmiyum | CD | 1,47,10 7 | sürücü |
| Nikel | Hiç biri | 1,44,10 7 | sürücü |
| Rutenyum | ru | 1,41,10 7 | sürücü |
| Potasyum | k | 1,39.10 7 | sürücü |
| Hintli | İçinde | 1,25.10 7 | sürücü |
| Osmiyum | Sen | 1,23,10 7 | sürücü |
| Lityum | Li | 1.08.10 7 | sürücü |
| Ütü | İnanç | 1.04.10 7 | sürücü |
| Platin | nokta | 9,52.10 6 | sürücü |
| paladyum | Not: | 9,49.10 6 | sürücü |
| Teneke | sn | 8,70.10 6 | sürücü |
| Krom | cr | 8.00.10 6 | sürücü |
| Rubidyum | rb | 7,81,10 6 | sürücü |
| tantal | Ta | 7,63,10 6 | sürücü |
| Stronsiyum | Bay | 7,58.10 6 | sürücü |
| galyum | Ga | 7,35.10 6 | sürücü |
| toryum | inci | 6,80,10 6 | sürücü |
| talyum | tl | 6,67,10 6 | sürücü |
| niyobyum | not | 6,58,10 6 | sürücü |
| renyum | Tekrar | 5,81.10 6 | sürücü |
| protaktinyum | baba | 5,65,10 6 | sürücü |
| Vanadyum | V | 5,08.10 6 | sürücü |
| sezyum | cs | 4,88.10 6 | sürücü |
| Yol göstermek | bp | 4,81,10 6 | sürücü |
| İterbiyum (290–300 K) | Yb | 4.00.10 6 | sürücü |
| Uranyum | VEYA | 3,57.10 6 | sürücü |
| Hafniyum | hf | 3.02.10 6 | sürücü |
| Baryum | Ba | 3.01.10 6 | sürücü |
| Antimon | sb | 2,56.10 6 | sürücü |
| Titanyum | Sen | 2,56.10 6 | sürücü |
| Polonyum | po | 2,50.10 6 | sürücü |
| Zirkonyum | zr | 2,38.10 6 | sürücü |
| Skandiyum (290–300 K) | sc | 1,78,10 6 | sürücü |
| Lutesyum (290–300 K) | lu | 1,72.10 6 | sürücü |
| İtriyum (290–300 K) | VE | 1,68,10 6 | sürücü |
| Lantan (290–300K) | bu | 1,63,10 6 | sürücü |
Görüldüğü gibi elektriği en iyi ileten element gümüştür (Ag) ve iletkenliği 6.30.10 7 S/m’dir . Bu, 1 m 2 kesitli ve 1 m uzunluğa sahip bir saf gümüş bloğun 6.30.10 7 siemens veya A/V iletkenliğine sahip olacağı anlamına gelir. Bu da, iletkenin iki yüzü arasına 1 V’luk sabit bir elektrik potansiyel farkı uygularsak, 6.30.10 7 amperlik bir elektrik akımı üretileceği anlamına gelir.
Bu şekilde ifade edilen iletkenliği görselleştirmek zordur, çünkü 1 m3’lük bir saf gümüş bloğu alıp onu elektrik iletkeni olarak kullanmak yaygın değildir . Bunun yerine iletkenliği Sm/ mm2 cinsinden ifade etmek daha uygundur . Bu birimlerde gümüşün iletkenliği 63.0 Sm/ mm2’dir . Bu, 1 m uzunluğunda ve 1 mm 2 kesit alanına sahip bir gümüş iletkene 1 V voltaj uygularsak 63.0 amperlik bir akım üretileceği anlamına gelir.
Elektrik iletkenleri olarak gümüş, bakır, altın ve alüminyum
Yukarıdaki tablodaki verilerden basit bir hesaplama, gümüşün bakırdan %5,7, altından %39,4 ve alüminyumdan %67,1 daha yüksek bir iletkenliğe sahip olduğunu ortaya koymaktadır . Ancak bu üç element elektrik uygulamalarında gümüşten çok daha sık kullanılmaktadır. Aslında gümüş, elektriği en iyi ileten element olmasına rağmen nadiren elektrik iletkeni olarak kullanılır.
Bunun arkasındaki sebepler basit. Birincisi, bakır, gümüşten çok daha ucuz bir metaldir ve sadece biraz daha az iletkendir. Bu nedenle, iletkenlikteki artış fiyattaki etkileyici artışı haklı çıkarmadığından, elektronikte ve bina kablolarında gümüş yerine bakır kullanmak çok daha mantıklı.
Bu, özellikle kilometrelerce uzunluktaki yüksek gerilim hatlarında bakırdan daha sık ve daha fazla miktarda kullanılan alüminyum söz konusu olduğunda daha da doğrudur. Alüminyum, bakırdan çok daha ucuz ve üretilmesi daha kolay, ayrıca daha hafif ve korozyona karşı daha dirençli. Bir bakır iletkeni iki kat kesit alanına sahip bir alüminyum iletkenle karşılaştırırsak, alüminyum iletkenin iletkenliği bakır iletkenin iki katından fazladır (elektriği daha iyi iletir), fiyatı hala daha düşüktür (yaklaşık bir % 40) daha ucuz) ve ayrıca %40 daha hafiftir. Tüm bu özellikler, alüminyumu iletkenlikte dördüncü sırada olmasına rağmen birçok uygulamada gümüş ve bakırdan daha uygun bir iletken yapar.
Öte yandan altın, gümüşten çok daha pahalı bir değerli metaldir , daha kötü bir elektrik iletkenidir ve çok daha yoğun veya daha ağırdır. O halde kendimize şu soruyu sormaya değer: Elektrik iletkeni olarak altın neden gümüşten daha sık kullanılıyor? Nedeni, altının kimyasal özellikleri ile ilgilidir. Altın, değerli bir metal olmasının yanı sıra aynı zamanda bir soy metaldir.korozyona karşı çok dayanıklıdır. Bu, onu bilgisayar ekipmanı, mobil cihazlar vb. uygulamalarda elektrik kontakları üretmek için mükemmel bir malzeme yapar. Gümüş ise hava ile temas ettiğinde yüzey atomlarının oksidasyonu nedeniyle yüzeyinde hızla bir patina kazanır. Bu, iletkenliğini azaltır ve bu metali bu tür bir uygulama için uygun hale getirmez.
Grafen gümüşten daha iyi bir iletkendir
Saf elementlerin iletkenliğinden bahsedecek olursak, diğerlerini geride bırakan bir element vardır ve ilginç bir şekilde gümüş değildir. Karbonla ilgili . Bununla birlikte, doğal olarak bulabileceğimiz herhangi bir karbondan değil, grafen adı verilen çok özel bir karbon formundan bahsediyoruz.
Grafen çok özel bir karbon allotropudur . Bir atom kalınlığında sp2 – melezleştirilmiş karbon atomlarından oluşan altıgen bir kafestir . Grafit allotropunu oluşturan karbon atomlarının yalnızca bir katmanından oluşur. Yalnızca bir atom kalınlığında olan bu tür malzemeye iki boyutlu kristal adı verilir ve bilinen en yüksek elektrik iletkenliği de dahil olmak üzere benzersiz fiziksel özelliklere sahiptir.
Bazı laboratuvarlarda, grafen için gümüşün iletkenliğinden %27 daha yüksek olan 8.0.10 7 S/m mertebesindeki iletkenlikler rapor edilmiştir, bu da grafeni ve dolayısıyla elektriği en iyi ileten element olan karbonu oluşturur .
Yukarıdakilere rağmen, bu iletkenlik, elementin makroskobik hacimleri yerine nanometrik malzeme numunelerine karşılık geldiği gerçeğine rağmen, bu iletkenliği makroskobik numunelerde her bir element için ölçülen diğer metallerinkiyle karşılaştırmak uygun olmayabilir. Bu ölçekte, başka bir elementin bazı yeni formlarının grafenden bile daha iyi bir iletken olduğu ortaya çıkabilir. Bu nedenle şimdilik altın madalyayı gümüşe bırakabiliriz.
Referanslar
10 Elektriği İleten Malzemeler . (2022). Elektrik Kabloları ve İletkenleri. https://cablesyconductores.com/materiales-conductores-de-electricidad/
Küresel, B. (2022, 12 Ocak). Grafen bazlı iletkenler elektriksel iletkenlikte bakırla rekabet edebilir mi? Bosch Küresel. https://www.bosch.com/stories/can-graphene-compete-with-copper-in-electrical-conductivity/
Orendain, S. (2020, 11 Ağustos). Elektriği en iyi ileten nedir? Devreler Hazır. https://circuitoslistos.com/cual-es-el-mejor-conductor-de-electricidad/
Papaz, J. (2014, 7 Şubat). Grafen, elektriği teorinin öne sürdüğünden bile daha iyi iletir . Xataka. https://www.xataka.com/investigacion/el-grafeno-conduce-la-electricidad-aun-mejor-de-lo-que-apuntaba-la-teoria
Rizwan, A. (2021, 3 Eylül). Gümüş Neden İyi Bir Elektrik İletkenidir? Biyo hanımefendi. https://www.biomadam.com/why-silver-is-good-conductor-of-electricity
Gümüş ısı ve elektriği en iyi iletir.(a) Doğru(b) Yanlış . (2020, 14 Ağustos). Vedantu. https://www.vedantu.com/question-answer/silver-is-the-best-conductor-of-heat-and-class-10-chemistry-cbse-5f363d6ff224761096d481fb
Gümüş neden elektriği en iyi iletir? (2016, 16 Kasım). Fizik Yığın Değişimi. https://physics.stackexchange.com/questions/293019/why-is-silver-the-best-conductor-of-electricity
