Konduktywność, przewodność elektryczna właściwa – wielkość fizyczna charakteryzująca przewodnictwo elektryczne materiału.

Definicja Konduktywność wiąże gęstość prądu elektrycznego w materiale z natężeniem pola elektrycznego powodującego przepływ tego prądu:

gdzie: – gęstość prądu elektrycznego – natężenie pola elektrycznego.

Jednorodne ciało izotropowe W ciele izotropowym (stałym, ciekłym lub gazowym) przyłożona różnica potencjałów wytwarza jednorodne pole elektryczne – wówczas kierunki prądu elektrycznego, gęstości prądu i pola elektrycznego się pokrywają. Gdy gęstość prądu jest proporcjonalna do natężenia przyłożonego pola, konduktywność jest stała i wynosi

Odwrotnością tej wielkości jest rezystywność (opór właściwy).

Ciała takie spełniają prawo Ohma. Przewodnictwo właściwe materiału można wtedy wyznaczyć znając wymiary geometryczne i przewodnictwo elektryczne jednorodnego bloku danego materiału:

gdzie: – konduktancja (przewodność elektryczna), – pole przekroju poprzecznego elementu, – długość bloku.

Jednostką konduktywności w układzie SI jest simens na metr [1 S/m]

Gdy gęstość prądu nie jest proporcjonalna do natężenia pola elektrycznego, przewodność elektryczną właściwą określa się jako:

Niekiedy nazywa się ją wtedy różniczkową przewodnością elektryczną. Zależność gęstości prądu od natężenia pola elektrycznego nazywa się charakterystyką prądowo-napięciową danego materiału.

W zmiennym polu elektrycznym W przemiennym polu elektrycznym prąd może być przesunięty w fazie względem przyłożonego pola elektrycznego. Zależność między gęstością prądu i natężeniem pola elektrycznego opisać można wtedy za pomocą równania zespolonego

gdzie: i – jednostka urojona, – konduktancja stałoprądowa – częstość – składowa rzeczywista i urojona względnej przenikalności elektrycznej ośrodka.

Równanie to zapisuje się niekiedy z użyciem pojęcia całkowitej konduktancji, będącej zespoloną funkcją częstości:

wtedy opisuje przewodnictwo i straty dielektryczne, a

opisuje wywołaną przez polaryzację dielektryczną składową prądu przesuniętą w fazie w stosunku do przyłożonego pola elektrycznego.

Przypadek ogólny W materiałach anizotropowych kierunek przepływu prądu elektrycznego nie musi być zgodny z kierunkiem przyłożonego pola elektrycznego. Konduktywność jest wtedy tensorem, a zależność między gęstością prądu i natężeniem pola elektrycznego ma postać

Zależność konduktywności od koncentracji i ruchliwości nośników Konduktywność nośników zależy od ich koncentracji i ruchliwości:

gdzie: – ładunek nośników – ruchliwość nośników – koncentracja nośników.

Wpływ temperatury na konduktywność thumb|Zależność konduktywności półprzewodnika domieszkowanego od odwrotności temperatury Przewodnictwo właściwe materiałów zależy od temperatury. Dla metali spada przy wzroście temperatury ze względu na spadek ruchliwości nośników.

W przypadku półprzewodnika samoistnego konduktywność rośnie eksponencjalnie przy wzroście temperatury. Dzieje się tak, gdyż rośnie koncentracja nośników. Ruchliwość spada podobnie jak w metalach, zmiany te są jednak niewielkie w porównaniu ze zmianami koncentracji i są przez nie maskowane.

Natomiast konduktywność półprzewodnika domieszkowanego w niskich temperaturach rośnie eksponencjalnie, gdyż tak zmienia się stopień jonizacji domieszek. W zakresie średnich temperatur domieszki są całkowicie zjonizowane, a koncentracja nośników samoistnych jest nieduża, mamy więc do czynienia z praktycznie stałą koncentracją. Ze wzrostem temperatury maleje ruchliwość i konduktywność również maleje, ale spadek ten wyraża się zależnością potęgową, znacznie słabszą od zależności wykładniczej dla materiału samoistnego. W wysokich temperaturach koncentracja nośników samoistnych zaczyna przeważać nad koncentracją nośników domieszkowych. Mamy do czynienia z wtórną samoistnością – koncentracje nośników ponownie rosną wykładniczo, co powoduje wykładniczy wzrost konduktywnościW.J. Stepnowicz, Elementy..., s. 20..

Przewodnictwo właściwe wybranych materiałów Substancja Przewodność właściwa Uwagi srebro 61,39·106 miedź 58,6 ·106 złoto 44,0 ·106 glin 36,59·106 wolfram 18,38·106 żelazo 10,02·106 cyna (czysta) 9,17·106 Sn 63% Pb 37% ok. 6,9 ·106 stop lutowniczy (ołowiowy) Sn 62% Pb 36% Ag 2% ok. 6,8 ·106 stop lutowniczy 2 (ołowiowy) chrom 8,74·106 ołów 4,69·106 tytan 2,56·106 gadolin 0,74·106 german 2,17·106 tellur 2,00·10−1 krzem 2,52·10−4 woda pitna 1–5 ·10−2 typowe wielkości dla wody wodociągowej woda deszczowa 1–3 ·10−3typowe wielkości na wsi woda destylowana ok. 1,7 ·10−3 typowa wielkość dla handlowej wody destylowanej czysta woda 4,3 ·10−6 po 28-krotnej destylacji w aparacie kwarcowym czysta woda 3,8 ·10−6 wartość teoretycznaJ. Antoniewicz, Własności dielektryków, s. 185.

Przypisy

Bibliografia

Encyklopedia fizyki, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1974.

Linki zewnętrzne Krzysztof Kwiecień, Rezystywność i przewodność właściwa, Khan Academy, kanał „KhanAcademyPoPolsku” na YouTube, 10 lutego 2022 [dostęp 2025-10-27].

Kategoria:Wielkości charakteryzujące elementy obwodu elektrycznego