Överledning är den process genom vilken något, såsom värme eller en elektrisk ström, förflyttar sig från ett ämne till ett annat ämne. Överledning sker i fasta ämnen, vätskor och gaser. Fasta ämnen överför dock energi mest effektivt eftersom molekylerna i fasta ämnen är tätast packade och molekylerna är närmare varandra.
Värmeledning sker när molekyler ökar i temperatur; de vibrerar, och denna vibration och rörelse överför värmeenergin till de omgivande molekylerna.
När två kroppar vid olika temperaturer hålls i kontakt flyter värme från en kropp vid hög temperatur till kroppen vid låg temperatur . Ämnets genomsnittliga kinetiska energi är ett mått på kroppens temperatur. När det sker en ökning av den genomsnittliga kinetiska energin för molekyler av ett ämne, ökar dess temperatur, och om det sker en minskning av den genomsnittliga kinetiska energin för molekyler av ett ämne, minskar dess temperatur.
Håll en stekpanna på låga. Stekpannan blir snart varm, eftersom värmen går från lågan till pannan. Ta nu bort pannan från lågan. Gradvis kommer pannan att svalna eftersom värmen överförs från pannan till omgivningen. I båda fallen strömmar värme från ett varmare föremål till ett kallare föremål.
Du skulle ha upplevt att om du rör vid en varm kopp te så känner din hand hur varmt det är i koppen. Anledningen är att en del av värmeenergin överförs från koppen till din hand. Värme överförs från ett varmt föremål till ett kallt föremål om det finns kontakt mellan dem. Inom fysiken säger vi att överföring av värme kräver ett medium. Värmeledning är rörelsen av värme från ett objekt till ett annat som har olika temperaturer när de vidrör varandra. I fasta ämnen överförs vanligtvis värmen genom ledningsprocessen. Värmeledningsförmåga beskriver hur effektivt ett material kan passera värme genom det. Den definieras av hastigheten för energiflödet per ytenhet jämfört med en temperaturgradient.
Fouriers lag om värmeledning: Fouriers lag visar att termisk energi går från varmare material till kallare material. Fouriers lag kan skrivas som
q = kAdT∕s
I denna ekvation avser q värmeledningshastigheten, A är värmeöverföringsarean, k är materialets värmeledningsförmåga, dT är skillnaden i temperatur över materialet och s avser hur tjockt materialet är.
Exempel:
Ledning av elektricitet uppstår på grund av att elektriskt laddade partiklar rör sig genom ett medium. Denna rörelse kan resultera i en elektrisk ström, som kan bäras av elektroner eller joner. Ett exempel på elektrisk ledning är när du av misstag får elstöt när du rör en strömförande ledning eftersom din kropp innehåller vatten, som är en ledare av elektricitet. Ett annat exempel är när elektricitet passerar genom ledningar, som är ledare, så att vi kan titta på TV eller använda en dator.
Elektrisk ledningsförmåga är ett mått på hur väl ett material rymmer rörelsen av en elektrisk laddning. I fasta ämnen som metaller är elektronerna löst bundna till atomerna på grund av vilka elektroner kan röra sig fritt från atom till atom i ett metallföremål. Denna elektronrörlighet tillåter oss att passera en elektrisk ström genom den. Om vi enkelt kan leda en elektrisk ström genom föremål, kallar vi dem för goda elledare. Material som inte tillåter elektricitet att flöda genom dem kallas isolatorer. Konduktiviteten hos halvledare är mellanliggande mellan den för en isolator och en ledare. Ett "perfekt vakuum" innehåller inga laddade partiklar; dammsugare beter sig normalt som mycket bra isolatorer.
Ledning i metaller beskrivs väl av Ohms lag , som säger att strömmen är proportionell mot det pålagda elektriska fältet. Den lätthet med vilken strömtäthet (ström per area) j uppträder i ett material mäts av konduktiviteten σ , definierad som:
j = σ E,
E är det elektriska fältet på den platsen och σ är materialets konduktivitet, ett mått på hur lätt laddningar rör sig genom det.
Den elektriska ledningsförmågan eller resistiviteten hos ett material är en oföränderlig egenskap som inte förändras med avseende på materialets storlek eller form.
Laddning genom ledning:
Kroppar kan laddas med ledningsmetoden, det vill säga genom kontakt. Genom ledning får kroppen samma laddning som på laddningskroppen.
Experiment: Gör en papperscylinder genom att rulla en pappersremsa på en penna och sedan försiktigt dra ut pennan. Häng upp papperscylindern med en tråd som knyts till dess mitt. Ta en glasstav och gnid in den med siden så att den får en positiv laddning. Rör vid papperscylindern med denna glasstav. Ta bort glasstaven och för sedan igen glasstaven nära papperscylindern.
Du kommer att märka att papperscylindern stöts bort av glasstaven, Detta betyder att papperscylindern har fått en positiv laddning som är samma laddning som på glasstaven på grund av ledning.
Exempel:
Fotokonduktivitet uppstår när ett material absorberar elektromagnetisk strålning, vilket resulterar i en förändring av ämnets elektriska ledningsförmåga. Den elektromagnetiska strålningen kan orsakas av att något så enkelt som ett ljus lyser på en halvledare eller något så komplext som ett material som utsätts för gammastrålning. När den elektromagnetiska händelsen inträffar ökar antalet fria elektroner, liksom antalet elektronhål, vilket ökar objektets elektriska ledningsförmåga. Vissa kristallina halvledare, såsom kisel, germanium, blysulfid och kadmiumsulfid, och det relaterade halvmetallselenet, är starkt fotoledande
Exempel:
Alla föremål som effektivt överför termisk eller elektrisk energi, eller båda, är en ledare. Material som inte tillåter värme och elektricitet att passera genom dem är en isolator.
| Material med god värmeledning | Material med god elektrisk ledning |
|
|
Metaller flyttar i allmänhet värme effektivt och är bra värmeledare. Tyger och trä tenderar att ge dålig värmeledning. I allmänhet, om ett ämne är en bra värmeenergiledare, kommer det också att vara en bra elektrisk ledare. Detta är inte alltid sant; till exempel är glimmer en värmeledare men en elektrisk isolator. Saltvatten är en dålig värmeledare men en bra elektrisk ledare. Fortfarande i allmänhet, samma täta packning av atomer och relativt fria rörelse av deras elektroner som får termisk energi att röra sig i ämnet gör också att elektronernas elektriska energi rör sig.
Rent vatten, utan lösta fasta ämnen, är inte elektriskt ledande. Elektrisk ström flyter lättare när vattnet har mer lösta mineraler i sig. Luft, en blandning av gaser, är i allmänhet inte en bra ledare av varken värme eller elektricitet. Luft, som vatten, anses vara en isolator. Men när partiklarna i luften får en stark elektrisk laddning från till exempel uppbyggd statisk elektricitet (från ett elektriskt fält när blixten är på väg att slå ned eller från en kraftlednings elektriska fält), kan luften leda elektricitet.
Saltvatten är en dålig värmeledare men en bra elektrisk ledare: Sötvatten håller värmen längre än saltvatten eftersom tillsatsen av salt sänker lösningens värmekapacitet i förhållande till rent vatten. Den lägre värmekapaciteten gör att saltvatten både värms upp och kyls ned snabbare än sötvatten under samma förhållanden. Värmeledningsförmågan minskar med ökande salthalt och ökar med ökande temperatur. Vattens elektriska ledningsförmåga beror på koncentrationen av lösta joner i lösningen. Natriumkloridsaltet dissocierar till joner. Därför är havsvatten ungefär en miljon gånger mer ledande än sötvatten. |
