Konduktywność - Polski Serwis Naukowy

Konduktywność (przewodnictwo właściwe, przewodność elektryczna właściwa) to wielkość fizyczna charakteryzująca przewodnictwo elektryczne materiału.

Definicja

Konduktywność wiąże gęstość prądu elektrycznego w materiale z natężeniem pola elektrycznego powodującego przepływ tego prądu $\vec j = \sigma \vec E$ ,

gdzie:

Temperatura – jedna z podstawowych ) w termodynamice, będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, bowiem z termodynamicznego punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.
Polaryzacja dielektryka (również: polaryzacja dielektryczna) – zjawisko polegające na utworzeniu dipoli elektrycznych lub orientacji już istniejących dipoli w reakcji na przyłożone pole elektryczne. W wyniku polaryzacji w dielektryku powstaje wewnętrzne pole elektryczne, które częściowo równoważy przyłożone zewnętrzne pole.

$\vec j$ - gęstość prądu elektrycznego, $\vec E$ - natężenie pola elektrycznego.

Jednorodne ciało izotropowe

W ciele izotropowym (stałym, ciekłym lub gazowym) przyłożona różnica potencjałów wytwarza jednorodne pole elektryczne, wówczas kierunki prądu elektrycznego, gęstości prądu i pola elektrycznego pokrywają się. Gdy gęstość prądu jest proporcjonalna do przyłożonego pola konduktywność jest stała i wynosi

Metr to jednostka podstawowa długości w układach: SI, MKS, MKSA, MTS, oznaczenie m. Metr został określony 26 marca 1791 roku we Francji, ze względu na potrzebę korzystania z dziesiętnego systemu miar[potrzebne źródło]. W myśl definicji zatwierdzonej przez XVII Generalną Konferencję Miar i Wag w 1983 jest to odległość, jaką pokonuje światło w próżni w czasie 1/299 792 458 s.
Przewodnictwo elektryczne - to zjawisko skierowanego przenoszenia ładunków elektrycznych przez dodatnie lub ujemne nośniki prądu (np. elektrony, jony) w ośrodku pod wpływem przyłożonego zewnętrznego pola elektrycznego. Zależnie od natury fizycznej ładunków wytwarzających prąd elektryczny wyróżnia się następujące rodzaje przewodnictwa elektrycznego:

$\sigma=\frac{j}{E}$ .

Odwrotnością tej wielkości jest opór właściwy. Ciała takie spełniają prawo Ohma. Przewodnictwo właściwe materiału można wtedy wyznaczyć znając wymiary geometryczne i przewodnictwo elektryczne jednorodnego bloku danego materiału: $\sigma=\frac{lG}{S}$ ,

gdzie: G - przewodnictwo elektryczne, S - pole przekroju poprzecznego elementu, l - długość bloku.

Jednostką przewodnictwa właściwego w układzie SI jest simens na metr (1 S/m)

Prawo Ohma kojarzone jest zazwyczaj z pierwszym prawem Ohma, czyli proporcjonalności napięcia U mierzonego na końcach przewodnika o oporze R do natężenia prądu płynącego przez ten przewodnik I, co wyraża się wzorem:
Simens (S) – jednostka przewodności elektrycznej w układzie SI (jednostka pochodna układu SI), odwrotność oma. Nazwa jednostki pochodzi od nazwiska niemieckiego inżyniera Wernera Siemensa.

$[\sigma ]=\frac{\operatorname{S}}{\operatorname{m}}=\frac{1}{\Omega \cdot \operatorname{m}}$

Gdy gęstość prądu nie jest proporcjonalna do natężenia pola elektrycznego przewodność elektryczną właściwą określa się jako: $\sigma=\frac{dj}{dE}$

Niekiedy nazywa się ją wtedy różniczkową przewodnością elektryczną. Zależność gęstości prądu od pola elektrycznego nazywa się charakterystyką prądowo-napięciową danego materiału. Zależność ta jest różna dla różnych materiałów i charakterystyczna dla konkretnego materiału.

W zmiennym polu elektrycznym

W przemiennym polu elektrycznym prąd może być przesunięty w fazie względem przyłożonego pola elektrycznego. Zależność pomiędzy gęstością prądu i natężeniem pola elektrycznego opisać można wtedy za pomocą równania zespolonego

Rezystywność (oporność właściwa, opór właściwy) – wielkość charakteryzująca przewodnictwo elektryczne materiału. Jej wartość jest różna dla różnych materiałów.
Ruchliwość nośników - w fizyce oraz chemii, wielkość wyrażająca związek między prędkością dryfu elektronów, jonów lub innych nośników ładunku, i zewnętrznym polem elektrycznym. Zdefiniowana jest jako prędkość dryfu nadawana przez jednostkowe pole elektryczne:

$\vec j (\omega) = ( \sigma_{dc} + \omega \epsilon_0 \epsilon''(\omega) + i \omega \epsilon_0 \epsilon'(\omega)) \vec E(\omega)$

gdzie i - jednostka urojona, σdc - konduktancja stałoprądowa, ω - częstość, ε', ε" - składowa rzeczywista i urojona względnej przenikalności elektrycznej ośrodka.

Równanie to zapisuje się niekiedy z użyciem pojęcia całkowitej konduktancji, będącej zespoloną funkcją częstości: $\vec j (\omega) = \sigma_{tot}(\omega) \vec E(\omega)$

wtedy

Metale – pierwiastki chemiczne charakteryzujące się obecnością w sieci krystalicznej elektronów swobodnych (niezwiązanych). W przeważającej większości wykazują one następujące własności:

$\sigma'_{tot}(\omega) = \sigma_{dc} + \omega \epsilon_0 \epsilon''(\omega)$ opisuje przewodnictwo i straty dielektryczne, a $\sigma''_{tot}(\omega) = \omega \epsilon_0 \epsilon'(\omega)$ opisuje wywołaną przez polaryzację dielektryczną składową prądu przesuniętą w fazie w stosunku do przyłożonego pola elektrycznego.

Przypadek ogólny

W materiałach anizotropowych kierunek przepływu prądu elektrycznego nie musi być zgodny z kierunkiem przyłożonego pola elektrycznego. Konduktywność jest wtedy tensorem, a zależność między gęstością prądu i natężeniem pola elektrycznego ma postać $\vec j = \hat \sigma \vec E$ .

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)