Metallin sähkön johtavuus vs. johtavuuselekronien tiheys

Anonyymi

Luulisi että noilla on jotain yhteyttä keskenään.
Kuparilla ja raudalla on melkein sama johtavuuselektronitiheys, mutta kuparin sähkönjohtavuus on suhteessa paljon parempi. Mikä tuossa mättää?

9

324

Äänestä

    Vastaukset

    Anonyymi (Kirjaudu / Rekisteröidy)
    5000
    • Anonyymi
    • Anonyymi

      Mättää elekronivöiden tarkka (kvanttimekaaninen) rakenne metallissa. Kiinteän aineen fysiikassa näitä käsitellään yksityiskohtaisemmin mutta on matematiikkaa k-avaruudessa täynnä selitykset. Raudan kohdalla monimutkaisuutta lisää sen ferromagneettisuus.

      Metalliseokset yleensä johtavat sähköä ja lämpöä huonommin kuin puhtaat metallit siksi, että niiden kiderakenne on epäsäännöllinen seostuksen vuoksi.

      • Anonyymi

        Hmph. Linkin kaavassa lasketaan elektronien kulkunopeus, johtimen poikkipinnan ja virran perusteella.
        Mitä enemmän johdinmetallissa on varauksenkuljettajia sitä suurempi on niiden nopeus, kun virta ja poikkipinta pysyvät samoina.
        Edelleen, varsin hyvällä sähkönjohteella, hopealla on vähiten varauksenkuljettajia, ja huonolla johteella raudalla johtavuuseletkroneita on eniten. Elektronien nopeus on hopealla suurin ja raudalla pienin.
        Kuvaako tässä elektronien suuri nopeus aineen suurta ominaisvastusta? Virran kulkureitti aineessa on ikään kuin kuristunut. Vai onko asia kuitenkin juuri päinvastoin.

      • Anonyymi
        Anonyymi kirjoitti:

        Hmph. Linkin kaavassa lasketaan elektronien kulkunopeus, johtimen poikkipinnan ja virran perusteella.
        Mitä enemmän johdinmetallissa on varauksenkuljettajia sitä suurempi on niiden nopeus, kun virta ja poikkipinta pysyvät samoina.
        Edelleen, varsin hyvällä sähkönjohteella, hopealla on vähiten varauksenkuljettajia, ja huonolla johteella raudalla johtavuuseletkroneita on eniten. Elektronien nopeus on hopealla suurin ja raudalla pienin.
        Kuvaako tässä elektronien suuri nopeus aineen suurta ominaisvastusta? Virran kulkureitti aineessa on ikään kuin kuristunut. Vai onko asia kuitenkin juuri päinvastoin.

        Kuten edellä vastasin tuota asiaa ei voi selittää eikä ymmärrää sukeltamatta syvemmälle kiinteän aineen fysiikan syövereihin. Elektronien keskimääräinen drift-nopeus ei tässä riitä selittämään asioita vaan pitää katsoa kiteen elektronivöiden rakennetta. Mennään siis vahvasti kvanttimekaniikan puolelle.

        Ashcroft, Mermin: Solid State Physics

      • Anonyymi
        Anonyymi kirjoitti:

        Kuten edellä vastasin tuota asiaa ei voi selittää eikä ymmärrää sukeltamatta syvemmälle kiinteän aineen fysiikan syövereihin. Elektronien keskimääräinen drift-nopeus ei tässä riitä selittämään asioita vaan pitää katsoa kiteen elektronivöiden rakennetta. Mennään siis vahvasti kvanttimekaniikan puolelle.

        Ashcroft, Mermin: Solid State Physics

        Onko nämä metallien ominaisvastus tai -johtavuus -arvot täysin kokeellisesti mitattuja arvoja? Eikö vielä tunneta aineen rakennetta tarpeeksi hyvin, että sähkönjohtavuus voitaisiin laskennallisesti määrittää?

      • Anonyymi
        Anonyymi kirjoitti:

        Onko nämä metallien ominaisvastus tai -johtavuus -arvot täysin kokeellisesti mitattuja arvoja? Eikö vielä tunneta aineen rakennetta tarpeeksi hyvin, että sähkönjohtavuus voitaisiin laskennallisesti määrittää?

        Ongelmasi pn siinä, että et tunne metallien sähkön- ja lämmönjohtavuutta käsitteleviä teorioita.

        Ota käteesi joku nykyaikainen oppikirja jonka nimessä on "solid state physics" ja tutustu aiheeseen. Sen esitietona ovat kvanttimekaniikan peruskurssit, statistinen fysiikka ja termodynamiikka. Niiden esitietona yliopistotason perusmatematiikan ja -fysiikan kurssit.

      • Anonyymi
        Anonyymi kirjoitti:

        Ongelmasi pn siinä, että et tunne metallien sähkön- ja lämmönjohtavuutta käsitteleviä teorioita.

        Ota käteesi joku nykyaikainen oppikirja jonka nimessä on "solid state physics" ja tutustu aiheeseen. Sen esitietona ovat kvanttimekaniikan peruskurssit, statistinen fysiikka ja termodynamiikka. Niiden esitietona yliopistotason perusmatematiikan ja -fysiikan kurssit.

        Kas, sittenhän meillä on sama ongelma!

    • Anonyymi

      Ongelma riippuu myös taajuudesta skin depth-ilmiön kautta: Varauksenkuljettajat on kaikki samaa polariteettia ja tästä syystä työntävät toisiaan etäämmälle ja varaus kulkeekin johteen pintakerroksessa. Pintakerroksen(varausta kuljettavan) paksuus on siis taajuuden funktio ja esim. radiotekniikassa voi yleensä huoletta jättää muut virran komponentit huomiotta. Samasta syystä antenneissa ei elementtien tarvitse olla tankoja vaan melko ohuet metalliputket riittää ajamaan saman asian.
      Eri aineilla nuo pintaelektronit pääsevät kulkemaan hieman eri tavalla - joskin vasta taajuuskaistan yläosassa tässä alkaa olla selviä eroja. Voi siis huoletta tehdä antennin esim. alumiinista tai raudasta(jos se on demagnetoitu) ja vaimennus paremmin johtavaan kupariin verrattuna on 1db luokkaa.
      Myös sähköopin puolella optimaalisia johdon paksuuksia on mietitty eli vaikka taajuus onkin vain 50Hz, alkaa suurjännitelinjoissa tuo virran pakkautuminen näkyä.

    • Anonyymi

      Joskus hurjassa nuoruudessani tutustuin yksikiteisestä niobista valmistettuun mikroaaltoresonaattoriin. Tuommoisella vehkeellä on häviöt paljon pienemmät jollain kuparista tai teräksestä valmistetulla vehkeellä.
      Avainsana on yksikiteisyys, ei johtavuuselektronien määrä.

    Ketjusta on poistettu 0 sääntöjenvastaista viestiä.

    Takaisin ylös

    Luetuimmat keskustelut

    1. Nurmossa kuoli 2 Lasta..

      Autokolarissa. Näin kertovat iltapäivälehdet juuri nyt. 22.11. Ja aina ennen Joulua näitä tulee. . .
      Seinäjoki
      99
      5305

    2. Maisa on SALAKUVATTU huumepoliisinsa kanssa!

      https://www.seiska.fi/vain-seiskassa/ensimmainen-yhteiskuva-maisa-torpan-ja-poliisikullan-lahiorakkaus-roihuaa/1525663
      Kotimaiset julkkisjuorut
      145
      3573

    3. Vanhalle ukon rähjälle

      Satutit mua niin paljon kun erottiin. Oletko todella niin itsekäs että kuvittelet että huolisin sut kaiken tapahtuneen
      Ikävä
      50
      3205

    4. Mikko Koivu yrittää pestä mustan valkoiseksi

      Ilmeisesti huomannut, että Helenan tukijoukot kasvaa kasvamistaan. Riistakamera paljasti hiljattain kylmän totuuden Mi
      Kotimaiset julkkisjuorut
      443
      2496

    5. Purra hermostui A-studiossa

      Purra huusi ja tärisi A-studiossa 21.11.-24. Ei kykene asialliseen keskusteluun.
      Perussuomalaiset
      252
      1537

    6. Ensitreffit Hai rehellisenä - Tämä intiimiyden muoto puuttui suhteesta Annan kanssa: "Meillä ei..."

      Hai ja Anna eivät jatkaneet avioliittoaan Ensitreffit-sarjassa. Olisiko mielestäsi tällä parilla ollut mahdollisuus aito
      Ensitreffit alttarilla
      12
      1291

    7. Miten meinasit

      Suhtautua minuun kun taas kohdataan?
      Ikävä
      85
      1289

    8. Mitä sanoisit

      Ihastukselle, jos näkisitte?
      Tunteet
      77
      1238

    9. Joel Harkimo seuraa Martina Aitolehden jalanjälkiä!

      Oho, aikamoinen yllätys, että Joel Jolle Harkimo on lähtenyt Iholla-ohjelmaan. Tässähän hän seuraa mm. Martina Aitolehde
      Suomalaiset julkkikset
      32
      1213

    10. Miksi pankkitunnuksilla kaikkialle

      Miksi rahaliikenteen palveluiden tunnukset vaaditaan miltei kaikkeen yleiseen asiointiin Suomessa? Kenen etu on se, että
      Maailman menoa
      138
      1139
    Aihe
    TietosuojaselosteKäyttöehdotEvästeasetuksetSäännöt