Ledning

Nøkkelinformasjon & Sammendrag

• Ledning er overføring av energi fra ett atom til et annet gjennom direkte kontakt
• Det er tre hovedtyper av ledning: ionisk ledning, elektrisk ledning og termisk ledning
• Faste stoffer er de mest effektive ledere, med gasser som de verste – Dette skyldes At Partiklene Er Mye Nærmere Sammen

Hva Er Ledning?

Ledning er definert som overføring av energi fra ett atom til et annet gjennom direkte kontakt-dette kan enten være gjennom ionisk ledning, elektrisk ledning eller varmeledning. Ledning kan forekomme i faste stoffer, væsker og gasser – faste stoffer utfører mest effektivt fordi molekylene er mye nærmere sammen enn i andre stater, som vist på bildet nedenfor.

Partikler i et fast stoff er i en relativt fast posisjon og bindingene mellom dem er veldig sterke. Dette betyr at ledningen av energi fra en partikkel til en annen er mest effektiv i denne formen.

partiklene i en væske har ikke en fast posisjon, og bindingene mellom dem er derfor ikke like sterke. Dette gjør væsker dårlige ledere.

partiklene i en gass er mye lenger fra hverandre, noe som betyr at overføring av energi er svært ineffektiv. De er derfor svært dårlige ledere.

Ionisk ledning

Ionisk ledning er definert som bevegelse av et ion fra ett sted til et annet. Dette er mulig gjennom ‘defekter’ i gitterstrukturen til et fast stoff eller en vandig løsning – disse feilene tillater ioner å bevege seg i et elektrisk felt. Som du kan se på bildet nedenfor, er det en ledig stilling som gjør at ionene kan bevege seg.

Visse faste stoffer har svært høy ionisk ledningsevne, noe som er nyttig i solid state elektronikk som datamaskiner og mobiltelefoner. Det er også en nyttig prosess i både normale og oppladbare batterier og brenselceller.

Ioniske salter kan også oppløses i oppløsning, som deretter tillater en elektrisk strøm å strømme. I dette tilfellet er ioner både elektrisk ladet og mobil, noe som gjør dem gode ladebærere. Faste salter leder ikke strøm fordi de rett og slett ikke har noen ladningsbærere som er mobile.

Elektrisk ledning

i metaller kan elektrisk ledningsevne skje som følge av bevegelsen av elektrisk ladede partikler. Atomer av metall har alle valenselektroner – disse er elektroner som finnes i det ytre skallet til hvert atom, men de er ‘frie’ til å bevege seg gjennom hele strukturen. Bevegelsen av disse frie elektronene er det som gjør det mulig å metall for å lede en elektrisk strøm. Når de er fri til å bevege seg rundt, blir de referert til som delokalisert. Uten ekstern påvirkning beveger de seg tilfeldig gjennom hele strukturen.

et elektrisk potensial kan påføres et metall, vanligvis fra et batteri, og vil danne en elektrisk krets. Dette fører til en netto drift av elektroner som strømmer rundt kretsen. Jo høyere dette elektriske potensialet er, desto høyere vil strømmen av elektroner være.

et 12-koordinert metall er et der atomene er så tett pakket at det er så mange atomer som mulig å fylle ledig plass. Denne konfigurasjonen betyr at hvert atom i strukturen vil berøre 12 andre atomer I 3D-rom. Bildene nedenfor viser hvordan et bestemt atom vil ha 6 andre som berører det i samme lag, 3 i laget over og 3 i laget under-dette gir totalt 12, derav navnet.

En annen konfigurasjon er det 8-koordinerte metallet, som oftest finnes i Gruppe 1 I Det Periodiske Bordet. Disse er pakket mindre tett sammen, og som sådan berører hvert atom bare 8 andre I 3D-rom.

Halvledere finnes også. Dette er stoffer der ledningsevnen faller et sted mellom en leder og en isolator, som silisium og karbon. I sin naturlige tilstand er de relativt dårlige ledere – men kan bli utsatt for doping – dette er en prosess der urenheter legges til en halvleder. En halvleder som har blitt dopet kalles da en ytre halvleder som leder elektrisitet mye bedre enn en standard halvleder.

Termisk ledning

Termisk ledning (noen ganger også kalt varmeledning) oppstår når partikler i rask bevegelse interagerer med sine nabopartikler, og overfører dermed en del av sin kinetiske energi. Denne prosessen skjer fra regioner med høyere temperatur til regioner med lavere temperatur. Det er 4 viktigste ting som påvirker hastigheten som varmen utføres:

1. temperaturforskjellen mellom de to regionene
2. regionens lengde
3. tverrsnittsarealet i regionen
4. materialet prosessen foregår i

metalliske faste stoffer leder varme best, mens gasser leder varme verst. Dette skyldes partiklene i et fast vesen i så nærhet at en kollisjon, og dermed overføring av termisk energi, er utrolig sannsynlig. De er gode termiske ledere av nøyaktig samme grunner som de er gode elektriske ledere. Det er av denne grunn at jo høyere tetthet av det faste stoffet, desto bedre vil det utføre termisk energi.

det er viktig å huske at energi overføres fra en partikkel til en annen, og det er ingen samlet bevegelse av partikler i prosessen.