johtavuusominaisuuksiin

Johtavuusominaisuuksiin viitataan fysikaalisina piirteinä, jotka kuvaavat aineen kykyä johtaa sähköä tai lämpöä sekä tämän kyvyn muutoksia olosuhteiden mukaan. Käsitteen sisällä puhutaan erityisesti sähköjohtuvuudesta ja lämpöjohtuvuudesta, jotka ovat keskeisiä sekä tutkimuksessa että teknisissä sovelluksissa. Sähköjohtuvuus mittaa, miten helposti varaukset liikkuvat aineen sisällä; lämpöjohtuvuus mittaa, miten tehokkaasti lämpö siirtyy aineessa. Sähköjohtuvuus ilmoitetaan yleensä yksikössä S/m. Lämpöjohtuvuus ilmoitetaan usein yksikössä W/(m·K).

Johtavuusominaisuudet riippuvat sekä aineen rakenteesta että koostumuksesta. Metallien vapaat elektronit mahdollistavat korkean sähköjohtuvuuden, kun taas puolijohteiden ja eristeiden johtavuus on herkkä lämpötilalle ja virityksille. Epätasaisuudet, epäpuhtaat aineosat ja kiteisten rakenteiden virheet voivat muuttaa johtavuutta. Lämpöjohtuvuuteen vaikuttavat sekä elektronien että molekulaaristen värähtelyjen eli phononien siirto sekä aineen lämpötilatila; yleisesti ottaen metallit johtavat lämpöä paremmin kuin eristeet ja useimmat polymeerit, mutta poikkeuksia löytyy.

Mittaaminen voidaan tehdä resistanssi- ja johtavuusmittauksilla sekä käyttämällä erilaisia kokeellisia menetelmiä, kuten nelipiste-tutkimusta tai impedanssimetristä analyysiä. Johtavuusominaisuuksia hyödynnetään laajasti elektroniikassa, sähköjohdoissa, energianvarastoinnissa sekä eristemateriaaleissa.

Esimerkkejä johtavuuden vaihtelusta: kupari ja useimmat muut metallit ovat erittäin hyviä sähköjohtajia, kun taas monet polymeerit toimivat eristeinä. Ionien johtavuus nesteissä ja liuoksissa riippuu ionipitoisuudesta sekä olosuhteista; puolijohteet kuten pi voivat toimia sekä eristeinä että aktiivisina komponentteina elektronisissa laitteissa. Lämpöjohtuvuudessa metallit ovat yleensä hyviä johtajia, kun taas eristeet ja useat keramiat sekä lasit kuuluvat alhaiseen lämpöjohtuvuuteen.