Tabla de Contenidos
Về khả năng dẫn điện, vật liệu có thể được chia thành vật liệu dẫn điện, bán dẫn và cách điện hoặc điện môi. Như tên gọi của nó, chất dẫn điện là bất kỳ vật liệu nào có khả năng dẫn điện khi được nối với hiệu điện thế hoặc khi chịu tác dụng của điện trường.
Khả năng dẫn điện là tính chất đặc trưng của kim loại. Trên thực tế, phần lớn các chất dẫn điện tốt nhất là các nguyên tố kim loại. Tuy nhiên, một dạng thù hình rất đặc biệt của carbon có khả năng cạnh tranh với cả kim loại dẫn điện nhất trên toàn bộ bảng tuần hoàn.
Khả năng dẫn điện của vật liệu được đo như thế nào?
Khả năng dẫn điện của vật liệu được đo bằng độ dẫn điện. Đây là một tính chất chuyên sâu của vật chất biểu thị độ dẫn điện của một dây dẫn có chiều dài và tiết diện đơn vị. Là một đặc tính chuyên sâu, nó không phụ thuộc vào kích thước hoặc hình dạng của dây dẫn mà chỉ phụ thuộc vào vật liệu làm ra nó. Vì lý do này, nếu chúng ta muốn so sánh các nguyên tố dựa trên khả năng dẫn điện của chúng, thì việc so sánh độ dẫn điện của chúng là đủ.
Tùy thuộc vào độ dẫn điện của vật liệu, nó có thể được phân loại thành chất dẫn điện, chất bán dẫn và chất cách điện. Bảng sau đây cho thấy phạm vi độ dẫn điện cho từng loại vật liệu:
| Loại vật liệu | Phạm vi độ dẫn điển hình (S/m) |
| Tài xế | 10 2 – 10 8 |
| chất bán dẫn | 10 -6 – 10 -4 |
| cách điện | 10 -19 – 10 -11 |
Biết các giá trị độ dẫn điện đặc trưng cho chất dẫn điện, bảng sau đây hiển thị danh sách theo thứ tự độ dẫn điện của 50 nguyên tố trong bảng tuần hoàn dẫn điện tốt nhất. Các giá trị này tương ứng với độ dẫn điện của các nguyên tố theo thể tích, nghĩa là theo đại lượng vĩ mô.
| Yếu tố | ký hiệu hóa học | Độ dẫn điện (σ.m/S) ở 20°C (293K) | Loại vật liệu |
| Bạc | tháng 8 | 6,30.10 7 | Tài xế |
| Đồng | cu | 5,96.10 7 | Tài xế |
| Vàng | Ồ | 4,52.10 7 | Tài xế |
| Nhôm | đến | 3,77.10 7 | Tài xế |
| canxi | AC | 2.98.10 7 | Tài xế |
| berili | Là | 2,81.10 7 | Tài xế |
| rôđi | Rh | 2,33.10 7 | Tài xế |
| magie | mg | 2,28.10 7 | Tài xế |
| iridi | Đi | 2.13.10 7 | Tài xế |
| natri | na | 2,10.10 7 | Tài xế |
| Vonfram | W | 1,89.10 7 | Tài xế |
| molypden | mo | 1,87.10 7 | Tài xế |
| coban | đồng | 1,79.10 7 | Tài xế |
| kẽm | Zn | 1,69.10 7 | Tài xế |
| cadmi | đĩa CD | 1,47.10 7 | Tài xế |
| niken | Không | 1,44.10 7 | Tài xế |
| rutheni | ru | 1,41.10 7 | Tài xế |
| kali | k | 1,39.10 7 | Tài xế |
| người Ấn Độ | TRONG | 1,25.10 7 | Tài xế |
| Osmium | Bạn | 1,23.10 7 | Tài xế |
| liti | Lý | 1.08.10 7 | Tài xế |
| Sắt | Sự tin tưởng | 1.04.10 7 | Tài xế |
| bạch kim | điểm | 9,52.10 6 | Tài xế |
| Palladi | Tái bút | 9,49.10 6 | Tài xế |
| Thiếc | sn | 8,70.10 6 | Tài xế |
| Trình duyệt Chrome | Cr | 8.00.10 6 | Tài xế |
| rubidi | rb | 7,81.10 6 | Tài xế |
| tantali | Tạ | 7,63.10 6 | Tài xế |
| Stronti | Ông | 7,58.10 6 | Tài xế |
| gali | ga | 7,35.10 6 | Tài xế |
| thori | quần què | 6,80.10 6 | Tài xế |
| tali | tl | 6,67.10 6 | Tài xế |
| Niobi | Nb | 6,58.10 6 | Tài xế |
| rheni | Nốt Rê | 5,81.10 6 | Tài xế |
| Protactini | pa | 5,65.10 6 | Tài xế |
| vanadi | V | 5,08.10 6 | Tài xế |
| xezi | cs | 4,88.10 6 | Tài xế |
| Chỉ huy | bp | 4,81.10 6 | Tài xế |
| Ytterbi (290–300 K) | yb | 4.00.10 6 | Tài xế |
| Uranium | HOẶC | 3,57.10 6 | Tài xế |
| Hafini | hf | 3.02.10 6 | Tài xế |
| bari | Ba | 3.01.10 6 | Tài xế |
| antimon | sb | 2,56.10 6 | Tài xế |
| titan | Bạn | 2,56.10 6 | Tài xế |
| polonium | po | 2,50.10 6 | Tài xế |
| Zirconi | Zr | 2,38.10 6 | Tài xế |
| Scandi (290–300 K) | sc | 1,78.10 6 | Tài xế |
| Luteti (290–300 K) | lu | 1,72.10 6 | Tài xế |
| Yttrium (290–300 K) | VÀ | 1,68.10 6 | Tài xế |
| Lantan (290–300K) | Các | 1,63.10 6 | Tài xế |
Như chúng ta có thể thấy, nguyên tố dẫn điện tốt nhất là bạc (Ag) và có độ dẫn điện là 6,30.10 7 S/m . Điều này có nghĩa là một khối bạc nguyên chất có tiết diện 1 m 2 và chiều dài 1 m sẽ có độ dẫn điện là 6,30.10 7 siemens hoặc A/V. Ngược lại, điều này có nghĩa là nếu chúng ta áp dụng hiệu điện thế không đổi 1 V giữa hai mặt của dây dẫn, thì dòng điện 6,30.10 7 ampe sẽ được tạo ra.
Độ dẫn điện thể hiện theo cách này rất khó để hình dung, vì người ta không thường lấy một khối bạc nguyên chất nặng 1 m 3 và sử dụng nó làm chất dẫn điện. Thay vào đó, sẽ thuận tiện hơn khi biểu thị độ dẫn điện theo Sm/mm 2 . Trong các đơn vị này, độ dẫn điện của bạc là 63,0 Sm/mm 2 . Điều này ngụ ý rằng nếu chúng ta đặt điện áp 1 V trên dây dẫn bạc dài 1 m và có diện tích mặt cắt ngang là 1 mm 2 , thì dòng điện 63,0 ampe sẽ được tạo ra.
Bạc, đồng, vàng và nhôm làm chất dẫn điện
Một phép tính đơn giản từ dữ liệu trong bảng trên cho thấy bạc có độ dẫn điện cao hơn đồng 5,7%, cao hơn vàng 39,4% và cao hơn nhôm 67,1%. Tuy nhiên, ba yếu tố này được sử dụng thường xuyên hơn nhiều trong các ứng dụng điện so với bạc. Trên thực tế, bạc hiếm khi được sử dụng làm chất dẫn điện mặc dù là nguyên tố dẫn điện tốt nhất.
Những lý do đằng sau điều này là đơn giản. Thứ nhất, đồng là kim loại rẻ hơn nhiều so với bạc, trong khi chỉ kém dẫn điện hơn một chút. Vì lý do này, sẽ hợp lý hơn nhiều khi sử dụng đồng trong thiết bị điện tử và hệ thống dây điện trong tòa nhà thay vì bạc, vì sự gia tăng độ dẫn điện không biện minh cho mức tăng giá ấn tượng.
Điều này thậm chí còn đúng hơn trong trường hợp nhôm, được sử dụng thường xuyên hơn và với số lượng lớn hơn đồng, đặc biệt là trong các đường dây cao thế dài hàng km. Nhôm rẻ hơn và dễ sản xuất hơn nhiều so với đồng, đồng thời cũng nhẹ hơn và chống ăn mòn tốt hơn. Nếu chúng ta so sánh dây dẫn đồng với dây dẫn nhôm có tiết diện gấp đôi, độ dẫn điện của dây dẫn nhôm cao hơn gấp đôi so với dây dẫn đồng (dẫn điện tốt hơn), giá của nó vẫn thấp hơn (khoảng 40%). rẻ hơn) và ngoài ra, nó còn nhẹ hơn 40%. Tất cả những đặc điểm này làm cho nhôm, mặc dù đứng thứ tư về độ dẫn điện, là chất dẫn điện phù hợp hơn bạc và đồng trong nhiều ứng dụng.
Mặt khác, vàng là kim loại quý đắt hơn nhiều so với bạc, nó dẫn điện kém hơn và đặc hơn hoặc nặng hơn nhiều. Vì vậy, chúng ta nên tự hỏi tại sao vàng lại được sử dụng làm chất dẫn điện thường xuyên hơn bạc? Lý do liên quan đến tính chất hóa học của vàng. Ngoài việc là một kim loại quý, vàng còn là một kim loại quý.rất chống ăn mòn. Điều này làm cho nó trở thành vật liệu hoàn hảo để sản xuất các tiếp điểm điện trong các ứng dụng như thiết bị máy tính, thiết bị di động, v.v. Mặt khác, bạc nhanh chóng có một lớp gỉ trên bề mặt khi tiếp xúc với không khí, do quá trình oxy hóa các nguyên tử bề mặt. Điều này làm giảm độ dẫn điện của nó làm cho kim loại này không phù hợp với loại ứng dụng này.
Graphene là chất dẫn điện tốt hơn bạc
Nếu chúng ta nói về độ dẫn điện của các nguyên tố tinh khiết, thì có một nguyên tố đánh bại tất cả các nguyên tố khác và thật kỳ lạ, đó không phải là bạc. Đó là về carbon. Tuy nhiên, chúng ta không chỉ nói về bất kỳ loại carbon nào giống như loại mà chúng ta có thể tìm thấy trong tự nhiên, mà là về một dạng carbon rất đặc biệt gọi là graphene.
Graphene là một thù hình rất đặc biệt của carbon. Nó là một mạng lục giác gồm các nguyên tử carbon lai hóa sp 2 dày một nguyên tử. Nó chỉ bao gồm một trong các lớp nguyên tử carbon tạo nên đồng vị than chì. Chỉ dày một nguyên tử, loại vật liệu này được gọi là tinh thể hai chiều và sở hữu các tính chất vật lý độc đáo, bao gồm tính dẫn điện cao nhất được biết đến.
Trong một số phòng thí nghiệm, độ dẫn điện của graphene ở mức 8,0.10 7 S/m đã được báo cáo, cao hơn 27% so với độ dẫn điện của bạc, tạo ra graphene, và do đó, carbon, nguyên tố dẫn điện tốt nhất .
Bất chấp những điều trên, thực tế là độ dẫn điện này tương ứng với các mẫu vật liệu nanomet thay vì thể tích vĩ mô của nguyên tố, có thể không phù hợp khi so sánh độ dẫn điện này với độ dẫn điện của các kim loại khác, được đo cho từng nguyên tố trong các mẫu vĩ mô. . Ở quy mô này, một số dạng mới của một nguyên tố khác có thể trở thành chất dẫn điện tốt hơn cả graphene. Vì lý do này, hiện tại, chúng ta có thể để huy chương vàng cho huy chương bạc.
Người giới thiệu
10 Vật Liệu Dẫn Điện . (2022). Dây Cáp Điện và Dây Dẫn Điện. https://cablesyconductores.com/materiales-conductores-de-electricidad/
Toàn cầu, B. (2022, ngày 12 tháng 1). Các dây dẫn dựa trên graphene có thể cạnh tranh với đồng về độ dẫn điện không? Bosch toàn cầu. https://www.bosch.com/stories/can-graphene-compete-with-copper-in-electrical-conductivity/
Orendain, S. (2020, ngày 11 tháng 8). chất dẫn điện tốt nhất là gì? Mạch đã sẵn sàng. https://circuitoslistos.com/cual-es-el-mejor-conductor-de-electricidad/
Mục sư, J. (2014, ngày 7 tháng 2). Graphene dẫn điện thậm chí còn tốt hơn lý thuyết đề xuất . Xataka. https://www.xataka.com/investigacion/el-grafeno-conduce-la-electricidad-aun-mejor-de-lo-que-apuntaba-la-teoria
Rizwan, A. (2021, ngày 3 tháng 9). Tại sao bạc là chất dẫn điện tốt? màng sinh học. https://www.biomadam.com/why-silver-is-good-conductor-of-electricity
Bạc là chất dẫn nhiệt và điện tốt nhất. (a) Đúng (b) Sai . (2020, ngày 14 tháng 8). vedanthu. https://www.vedantu.com/question-answer/silver-is-the-best-conductor-of-heat-and-class-10-chemo-cbse-5f363d6ff224761096d481fb
Vì sao bạc dẫn điện tốt nhất? (2016, ngày 16 tháng 11). Trao đổi ngăn xếp vật lý. https://physics.stackexchange.com/questions/293019/why-is-silver-the-best-conductor-of-electricity
