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

249

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. Monenko kanssa olet harrastanut seksiä

      tänä aikana kun olet kaivattuasi kaipaillut?
      Ikävä
      119
      2681

    2. Timo Soini tyrmää Tynkkysen selitykset Venäjän putinistileiristä

      "Soini toimi ulkoministerinä ja puolueen puheenjohtajana vuonna 2016, jolloin silloinen perussuomalaisten varapuheenjoht
      Maailman menoa
      256
      1155

    3. Melkein lähetin viestin.

      Onneksi tulin järkiini. Mukavaa kesää
      Ikävä
      91
      1129

    4. Taas kuoli kuortaneella

      Mitä tapahtui kuhinoilla kun auton alle jäi ja kuoli 66.
      Kuortane
      8
      1084

    5. Nainen voi rakastaa

      Ujoakin miestä, mutta jos miestä pelottaa näkeminenkin, niin aika vaikeaa on. Semmoista ei varmaan voi rakastaa. Miehelt
      Ikävä
      79
      1011

    6. Kalateltta fiasko

      Onko Tamperelaisyrittäjälle iskenyt ahneus vai mistä johtuu että tänä vuonna ruuat on surkeita aikaisempiin vuosiin verr
      Kuhmo
      12
      940

    7. Sulla on nainen muuten näkyvät viiksikarvat naamassa jotka pitää poistaa

      Kannattaa katsoa peilistä lasien kanssa, ettet saa ihmisiltä ikäviä kommentteja.
      Ikävä
      63
      933

    8. Rakastan sinua

      Olen tiennyt sen pitkään mutta nyt ymmärsin että se ei menekään ohi
      Ikävä
      30
      906

    9. IS Viikonloppu 20.-21.7.2024

      Tällä kertaa Toni Pitkälä esittelee piirrostaitojansa nuorten pimujen, musiikkibändien ja Raamatun Edenin kertomusten ku
      Sanaristikot
      41
      842

    10. Ikävöimäsi henkilön ikä

      Minkä ikäinen kaipauksen kohteenne on? Onko tämä vain plus 50 palsta vai kaivataanko kolme-neljäkymppisiä? Oma kohde mie
      Ikävä
      37
      809
    Aihe
    TietosuojaselosteKäyttöehdotEvästeasetuksetSäännöt