Konduktywność

Konduktywność

Konduktywność, znana również jako przewodność elektryczna właściwa, to wielkość fizyczna określająca zdolność materiału do przewodzenia prądu elektrycznego. Jest związana z gęstością prądu elektrycznego oraz natężeniem pola elektrycznego w materiale.

Definicja

Konduktywność wyraża się równaniem:

$\backslash vec\; j\; =\; \backslash sigma\; \backslash vec\; E$

gdzie:

• $\backslash vec\; j$ – gęstość prądu elektrycznego
• $\backslash vec\; E$ – natężenie pola elektrycznego

W przypadku jednorodnych ciał izotropowych, konduktywność można wyrazić jako:

$\backslash sigma\; =\; \backslash frac\{j\}\{E\}$

Rezystywność (opór właściwy) jest odwrotnością konduktywności. Jednostką konduktywności w układzie SI jest simens na metr [1 S/m].

Zachowanie w zmiennym polu elektrycznym

W zmiennym polu elektrycznym, prąd może być przesunięty w fazie względem pola elektrycznego. Opisuje to równanie:

$\backslash vec\; j\; (\backslash omega)\; =\; (\backslash sigma\_\{dc\}\; +\; \backslash omega\; \backslash epsilon\_0\; \backslash epsilon”(\backslash omega)\; +\; i\; \backslash omega\; \backslash epsilon\_0\; \backslash epsilon\text{'}(\backslash omega))\; \backslash vec\; E(\backslash omega)$

gdzie:

• $\backslash sigma\_\{dc\}$ – konduktancja stałoprądowa
• $\backslash epsilon’,\; \backslash epsilon”$ – składowe przenikalności elektrycznej

Wpływ temperatury na konduktywność

Konduktywność materiałów jest uzależniona od temperatury. W przypadku metali, przewodnictwo spada wraz ze wzrostem temperatury z powodu zmniejszenia ruchliwości nośników. W półprzewodnikach samoistnych konduktywność rośnie eksponencjalnie z temperaturą, co jest wynikiem wzrostu koncentracji nośników. W półprzewodnikach domieszkowanych, w niskich temperaturach konduktywność również rośnie, a w średnich temperaturach staje się stała, a następnie maleje z powodu spadku ruchliwości.

Podsumowanie

Konduktywność jest kluczowym parametrem w zrozumieniu zachowania elektrycznego materiałów. Zależy od ich struktury, temperatury oraz ruchliwości nośników, co ma istotne znaczenie w zastosowaniach technologicznych.