3 svar
43 visningar
Quacker 425
Postad: 24 mar 2019

Metaller - elektrisk ledning

Hur kommer det sig att ledningen i metaller går ner när temperaturen går upp? Jag tänker ju bara att med temperatur upp blir fler elektroner exiterade / mobila. Så kan inte se detta.

SeriousCephalopod 1810
Postad: 24 mar 2019 Redigerad: 24 mar 2019

"ledning går ner" är lite för informellt det är lättare att undvika missförstån om man använder de mer precisa begreppen som

"Resistiviteten i en metall  minskar när temperaturen minskar" eller

"Konduktiviteten i en metall ökar när temperaturen minskar"

Du har en intressant idé men det som är karaktäristiska för elektriska ledare (bl.a metaller) och som skiljer dem från halvledarna (generellt halvmetaller) är att antalet ledningselektroner inte varierar signifikant med temperatur nära rumstemperatur.

Halvledare som kisel och germanium å andra sidan uppvisar mycket riktigt variationer i ledningselektronsdensitet till följd av excitation beroende på temperatur och uppvisar således det omvända beteendet att resistans istället ökar med minskande temperatur/resistansen minskar med ökande temperatur i vissa temperaturspann runt rumstemperatur. 

Det förklarar inte varför metaller är som de är men låt oss i alla fall börja med premissen att resistivitet beror av något annat än bara elektrondensitet. 

Ju fler elektroner som är i vägen, desto svårare är det att ta sig fram.

SeriousCephalopod 1810
Postad: 24 mar 2019 Redigerad: 24 mar 2019

Om du kollar på avsnittet om temperaturberoende för elektriska ledare på wikipedia

https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_resistivity_and_conductivity#Temperature_dependence

så kommer du att få en antydan om att teorin om elektrisk ledning är komplicerad och involverar en interaktion mellan en massa olika mekanismer. 

Det som dock karaktäriserar metaller är att deras resitivitet nära rumstemperatur domineras av hur elektronerna interagerar med mekaniska vibrationer hos metalljonerna (atomerna minus ledningselektronerna) i metallen. Ju högre temperatur en metall har ju mer vibrerar dess joner. I artiklar ser du ofta ordet fononer vilket är ett tekniskt namn på vibrationer i fasta ämnen. 

Moderna modeller för att beskriva detta är kvantmodeller och det är inte uppenbart från klassiska modeller (och därmed klassiska metaforer) att sättet metalljonerna vibrerar skulle påverkar elektronernas förmåga att röra sig genom materialet. Väldigt slarvigt så kan man säga att metalljoner med högre hastigheter har en högre sannolikhet att blockera elektronernas framfart.

Svara Avbryt
Close