Sähköjohtavuus

Sähköjohtavuus tarkoittaa materiaalin kykyä johtaa sähköä. Se riippuu siitä, miten vapaasti varaukset voivat liikkua materiaalin sisällä. Fyysinen suure σ kuvaa tätä kykyä ja sen SI-yksikkö on Siemens per metre (S/m). Johtavuuden käänteinen suure ρ antaa resistiiviyden, ρ = 1/σ, jonka yksikkö on ohm-metri (Ω·m). Johtavuus vaihtelee suuresti aineesta toiseen ja sen arvo määräytyy käsiteltävien varauksenkantajien määrän sekä niiden liikkuvuuden mukaan.

Johtuvuuden tyypit: Elektroninen johtavuus on tavallisesti metallien ominaispiirre, jossa pääosa varauksista kulkee vapaina elektronikasvona. Ioninen johtavuus esiintyy elektrolyytteissä ja nesteissä, joissa varauksenkantajat ovat ionit. Puolijohteissa johtavuus voi riippua lämpötilasta ja dopauksesta. Yhteiskunnallisesti tarkasteltuna johtavuus määrittää, kuinka hyvin materiaali soveltuu esimerkiksi johtimiksi, elektrolyytteiksi tai eristemateriaaliksi.

Lämpötilan vaikutus: Metalleissa johtavuus heikkenee lämpenemisen myötä, koska lämpöliikkeet aiheuttavat elektronien törmäilyjä ja vastus kasvaa. Puolijohteissa ja ionisissa johtimissa johtavuus yleensä kasvaa lämpötilan noustessa, koska kantajien määrä ja liikkuvuus kasvavat.

Mittaaminen ja käytäntö: Johtavuutta mitataan esimerkiksi nelipiste- tai van der Pauw -menetelmillä kiinteille näytteille sekä impedanssianalyyseillä. Yksikkö on S/m; joissain yhteyksissä käytetään vanhoja yksiköitä kuten mhoja per metri.

Esimerkkejä: Metallit kuten kupari (noin 5,8×10^7 S/m) ja hopea (~6,3×10^7 S/m) ovat erittäin hyvin johtavia. Dielektrisillä aineilla johtavuus on erittäin pieni (noin 10^-12–10^-6 S/m). Ioniset liuokset voivat tarjota johtavuuksia noin 0,1–10 S/m riippuen liuoksesta.