ตัวนำไฟฟ้า คือ สารที ยอมให้กระแสไฟฟ้าผ่านได้ง่าย เพราะเป็นสารที มี
อิเล็กตรอนอิสระเป็นจำนวนมาก ทำให้สามารถรับส่งพลังงานไฟฟ้าได้ส่วนมากจะเป็น
โลหะ โลหะที นำไฟฟ้าได้ดีที สุด คือ เงิน รองลงมา คือ ทองแดง และอะลูมิเนียมตามลำดับ
การนำไฟฟ้าของสารต่างๆนั้น จะขึ้นอยู่กับ free electron ของธาตุนั้นๆ (กรณีของ solid) ซึ่งมีการเคลื่นที่อย่างอิสระ ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า ( ซึ่งการนำไฟฟ้าจริงๆยังไงไม่ขออธิบายแล้วกันนะครับ เพราะเราสนใจแต่ทำไมมันถึงต่างกันเท่านั้น)
ส่วนสำคัญที่ทำให้ธาตุแต่ละธาตุนั้นแตกต่างกัน ก็เพราะจำนวน electron ที่บรรจุอยู่ และลักษณะเรียงตัวของ electron ในแต่ละธาตุไม่เหมือนกัน
ในกรณีนี้ ที่เปรียบเทียบกัน 3 ตัวก็คือ Cu Ag Au และขอยกตัวอย่างอีกคือ Na
11Na [Ne] 3s1
29Cu [Ar] 3d10 4s1 (ทองแดง)
47Ag [Kr] 4d10 5s1 (เงิน)
79Au [Xe] 5d10 6s1 (ทอง)
ซึ่งจะเห็นได้ว่าทุกตัวนั้น จะมี valence electron เท่ากับ 1 ซึ่งจับกันอย่างหลวมๆด้วยแรงทางไฟฟ้า และถ้าสังเกตลองไปเปิดตารางธาติดู จะพบว่า Cu Ag Au นั้นจะเป็นธาตุทรานซิชั่น และอยู่ในหมู่ IB และ Na จะอยู่ IA
การจัดเรียงเข้า orbital จะแตกต่างกันทั้งหมด ซึ่งระดับพลังงานจะมีผลต่อ electron ตัวนอกสุด (จริงๆอยากจะเขียนให้ดู แต่ว่ามันทำไม่ได้)
และที่สำคัญ เรากำลังพูดถึงวัตถุ ซึ่งประกอบขึ้นจากธาตุหลายพันล้านอะตอม ด้วยพันธะโลหะ ซึ่งเป็นรูปของของแข็งโลหะ Na Cu Ag Au ซึ่งของแข็งโลหะเหล่านี้จะมีการจับตัวที่แตกต่างกันไป กล่าวคือ ในกลุ่มของ Na จะจับกันในรูปแบบของ body-centered cubic (bcc)ซึ่งการจัดเรียงแบบนี้ทำให้มีผลต่อความหนาแน่นของตัวผลึกเอง น้อยกว่า ในกลุ่มของ Cu ซึ่งจับตัวกันแบบ cubic closest packer (ccp) มีผลทำให้การเคลื่อนที่ของ electron มีประสิทธิภาพมากกว่า ฉะนั้นการเปรียบเทียบระหว่างธาตุที่มี valence electron เท่ากัน
แต่ที่เขานิยมเอาทองคำมาเคลือบผิวลายวงจรหรือหน้าสัมผัสแบบไม่มีการอาร์ค ก็เพราะมันไม่เกิดออกไซด์ หรือไม่เป็นสนิม ซึ่งทั้งเงิน ทองแดง และอลูมิเนียม สามารถเกิดออกไซด์ได้ง่าย
แต่ถ้าหน้าสัมผัสเกิดการอาร์คได้ง่าย เช่นหน้าสัมผัสของรีเลย์ จะใช้ทองคำขาว เพราะนอกจากจะไม่เกิดออกไซด์แล้ว ยังเป็นโลหะที่เกิดการอาร์คน้อยและมีระยะเวลาการอาร์คสั้นมากกว่าตัวนำชนิด อื่น โดยยอมแลกกับค่าความนำไฟฟ้าที่ต่ำลงมา เพราะการอาร์คนั้นนอกจากจะทำให้หน้าสัมผัสเสียหายแล้ว ยังอาจทำให้หน้าสัมผัสละลายติดกันได้ด้วย ซึ่งผลเสียมีมากและอันตรายกว่าการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าไปเป็นความร้อนจากความ ต้านทานไฟฟ้าของวัสดุที่ใช้ทำหน้าสัมผัส
คงมีหลายคนสงสัยว่าทองแดงนำไฟฟ้าดีกว่าอลูมิเนียม แต่ทำไมสายไฟแรงสูงจึงใช้อลูมิเนียม นั่นก็เพราะทองแดงหนักกว่าอลูมิเนียมมาก ถึงแม้ในการรองรับกระแสไฟฟ้าในปริมาณที่เท่ากันจะต้องใช้สายอลูมิเนียมที่มี ขนาดใหญ่กว่าทองแดงเป็นเท่าตัว แต่น้ำหนักก็ยังน้อยกว่าทองแดงอีกโขอยู่ (อลูมิเนียมหนักเพียง 1 ใน 3 ของทองแดงที่ปริมาตรเท่ากัน)
เงิน ..... เป็นตัวนำไฟฟ้าดีที่สุด ดีกว่าทอง
ทอง .. เป็นตัวนำไฟฟ้าที่เสถียรที่สุด คือเมื่อกระแสผ่านทำให้เกิดความร้อนมากๆ ทองก็ยังคงสภาพเดิมอยู่ได้ อีกทั้งยังรีดให้เป็นเส้นเล็กๆมากได้ดีกว่าโลหะอื่นๆอีกด้วย จึงนิยมนำมาใช้ทำทางเดินสัญญาณในเครื่องและอุปกรณ์ คอมพิวเตอร์ (Bus)
| Type | Electrical conductivity (10.E6 Siemens/m) |
Electrical resistivity (10.E-8 Ohm.m) |
Thermal Conductivity (W/m.k) |
Thermal expansion coef. 10E-6(k-1) from 0 to 100°C |
Density (g/cm3) |
Melting point or degradation (°C) |
| Silver | 62,1 | 1,6 | 420 | 19,1 | 10,5 | 961 |
| copper | 58,5 | 1,7 | 401 | 17 | 8,9 | 1083 |
| Gold | 44,2 | 2,3 | 317 | 14,1 | 19,4 | 1064 |
| Aluminium | 36,9 | 2,7 | 237 | 23,5 | 2,7 | 660 |
| Molybden | 18,7 | 5,34 | 138 | 4,8 | 10,2 | 2623 |
| Zinc | 16,6 | 6,0 | 116 | 31 | 7,1 | 419 |
| Lithium | 10,8 | 9,3 | 84,7 | 56 | 0,54 | 181 |
| Tungsten | 8,9 | 11,2 | 174 | 4,5 | 19,3 | 3422 |
| Brass | 15,9 | 6,3 | 150 | 20 | 8,5 | 900 |
| Carbon (ex PAN) | 5,9 | 16,9 | 129 | 0,2 | 1,8 | 2500 |
| Nickel | 14,3 | 7,0 | 91 | 13,3 | 8,8 | 1455 |
| Iron | 10,1 | 9,9 | 80 | 12,1 | 7,9 | 1528 |
| Palladium | 9,5 | 10,5 | 72 | 11 | 12 | 1555 |
| Platinium | 9,3 | 10,8 | 107 | 9 | 21,4 | 1772 |
| Tin | 8,7 | 11,5 | 67 | 23,5 | 7,3 | 232 |
| Bronze 67Cu33Zn | 7,4 | 13,5 | 85 | 17 | 8,8 | 1040 |
| Carbon steel | 5,9 | 16,9 | 90 | 12 | 7,7 | 1400 |
| Lead | 4,7 | 21,3 | 35 | 29 | 11,3 | 327 |
| Titanium | 2,4 | 41,7 | 21 | 8,9 | 4,5 | 1668 |
| St.Steel316L EN1.4404 | 1,32 | 76,0 | 15 | 16,5 | 7,9 | 1535 |
| St.Steel 304 EN1.4301 | 1,37 | 73,0 | 16,3 | 16,5 | 7,9 | 1450 |
| Mercury | 1,1 | 90,9 | 8 | 61 | 13,5 | -39 |
| Fe. Cr. Alloy | 0,74 | 134 | 16 | 11,1 | 7,2 | +-1440 |
| st.Steel 310 EN1.4841 | 1,28 | 78 | 14,2 | 17 | 7,75 | 2650 |
ที่มา
http://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_conductivity
http://www.tibtech.com/conductivity.php
http://www.vcharkarn.com/vcafe/91227
http://topicstock-tech.pantip.com/wahkor/topicstock/2006/04/X4297016/X4297016.html
