Металлы – хорошие проводники тепла и электричества, потому что имеют молекулярную связь. Последнюю создают свободные частицы, способные хорошо перемещаться. Поскольку электрическая и тепловая энергии нуждаются в них для перемещения, соединения способствуют проводимости. Металлы токопроводящие используются и во всех кабелях (в частности обязательно в микрофонном кабеле КММ, какой кабель наилучший для микрофона?). Когда на концах металлического стержня накладывается разность потенциалов, заряженные частицы реагируют на него и перемещаются к положительной клемме батареи. Это приводит:
• к электропроводности металла;
• к передаче теплоэнергии.
Закон Видемана-Франца
Так как доминирующий метод проводимости тепла и электроэнергии одинаковый, то имеет смысл существования связи между двумя проводимостями. Закон Видемана-Франца гласит, что отношение теплопроводности к электропроводности металла пропорционально его температуре:
L T= ?/?,
где L константа пропорциональности (также известная как число Лоренца).
Она равна:
L = ?/?T= 2,45 x 10- 8W? K- 2
Закон можно объяснить тем, что несвязанные электроны участвуют в механизмах как тепловой, так и электрической транспортировки. Теплопроводность возрастает со средней скоростью передвижения частиц, и это увеличивает прямую транспортировку энергии. Однако электропроводность уменьшается с увеличением скорости частиц, поскольку столкновения отвлекают электроны от прямого переноса заряда.
Проводники энергии
Давайте возьмем в качестве примера железо, в котором присутствуют молекулярные соединения – это когда положительные ионы окружены делокализованными электронами. «Делокализованный» означает, что электроны не связаны с положительными ионами и свободны в движении. Хорошая проводимость железом электричества и тепла обусловлена наличием этих электронов в материале.
Заряженные частицы способны не только переносить ток по всему металлу, но также способны передавать тепловую энергию от одного к другому электрону, что делает его хорошим проводником тепла и электричества.
Как правило, атомы металла содержат один или несколько электронов, которые слабо привлекаются ядром и находятся на самой внешней орбите. Когда один конец металлической проволоки нагревается, эти электроны начинают перемещаться на другой конец металла, таким образом, проводя тепло.
То же самое относится и к электричеству. Когда на концах металлического проводника возникает разница потенциалов, электроны начинают двигаться от отрицательного к положительному концу проводника, создавая поток тока.
В случае неметаллов электроны удерживаются сильным ядерным притяжением. За счёт этого слабо связанные и, следовательно, свободные частицы отсутствуют. Эти закономерности больше связаны с физикой, тем не менее, химия может внести некоторую ясность в подобные вопросы. Для понимания понадобится изучить периодическую таблицу элементов, их атомный размер, металлические и неметаллические свойства. Таким образом, окунуться в поистине волшебный и завораживающий мир науки.