Sähköjohtavuuteen

Sähköjohtavuus on ainetta ohjaaman sähkövirran kyky. Se kuvaa, miten helposti varauksia liikkuu aineessa, ja se ilmoitetaan yleensä yksikössä Siemens per metri (S/m). Johtavuus on resistiivisyyden ρ käänteinen arvo: σ = 1/ρ. Matematiikassa se voidaan kasvattaa myös conductivity-muuttujana, kun tarkastellaan sähkövirran tiheyttä ja sähkökentän voimakkuutta.

Sähköjohtavuus riippuu siitä, millaisia varauksia aineessa kulkee ja millä nopeudella ne liikkuvat. Metalsissa johtavuus määräytyy pääosin vapaina liikkuvien elektronien kautta ja ne kokevat lämpötilan aiheuttamaa, liikettä rajoittavaa hajontaa. Semiconductoreissa johtavuus riippuu lisäksi elektronien ja aukkojen määrästä sekä niiden liikemäärästä; dopingin avulla johtavuutta voidaan säätää merkittävästi. Ionicisissa nesteissä ja elektrolyteissä johtuvuuden mahdollistavat ionit, joiden liike sähkökentän vaikutuksesta johtaa sähkövirtaan. Yksinkertainen yleinen muoto esitetään σ = q(nμe + pμh), jossa q on elektronin varauksen suuruus, n ja p ovat elektronien sekä aukkojen pitoisuuksia, ja μe sekä μh niiden liikemääriä.

Sähköjohtavuuteen vaikuttavat muun muassa lämpötila, puhtaus ja rakenne. Metallien johto heikkenee lämpötilan noustessa (lisääntynyt hajonta), semiconductoreilla johtavuus usein kasvaa lämpötilan myötä, ja ioneissa mobiliteetti sekä konsentraatio määräävät kokonaisjohtavuuden. Johtavuuden mittaamiseen käytetään menetelmiä kuten neljän neulan/neljän pisteen mittaus tai sähköjohtavuusmittarit. Sähköjohtavuus on keskeinen käsite niin metallurgiassa, puolijohdetekniikassa kuin elektrolyytti- ja biosensorisovelluksissakin.