なぜ鉄は導体なのでしょうか？ (+ 知っておくべき 3 つのこと)

そう、鉄は電気を通すんです。これは、鉄には金属結合があり、その価電子が金属格子構造内で自由に移動できるためです。これらの非局在化した電子は、電流を流すことによって金属が電気を伝導する能力を担っています。

まあ、それは単純な答えでした。ただし、このトピックについては、コンセプトを明確にするために知っておくべきことがいくつかあります。

それでは早速本題に入りましょう。

説明: なぜ鉄は導体なのでしょうか?

鉄は、その原子構造に弱く結合した自由電子を持っているため、電気の伝導体です。これらの自由電子は材料中を容易に移動できるため、電流が流れることができます。

より詳細には、材料の導電率はその電子構造に依存します。鉄では、その原子の最外殻には 2 つの電子が含まれており、内殻は固く結合した電子で満たされています。

ただし、最外殻は完全に満たされておらず、一部の電子が自由に動き回れる状態になっています。これらの自由電子は特定の原子に強く引き付けられることはなく、電場がかかると材料内を移動できます。

鉄片に電圧が印加されると、これらの自由電子は電場によって一方向に押され、電流が生成されます。これらの可動電子の存在により、鉄は電気の良導体となります。

ただし、鉄の原子の特殊な配置と自由電子の移動度により、鉄の導電率は銅や銀などの他の金属ほど高くないことに注意することが重要です。

温度は鉄の電気伝導率に大きな影響を与えます。温度が上昇すると、鉄の導電率は低下します。

温度が上昇すると、鉄格子内の原子はより多くの熱エネルギーを獲得し、より激しく振動します。この原子の運動の増加により、自由電子と格子原子の間の衝突がより頻繁に起こります。

これらの衝突により電子が散乱し、自由に移動する能力が妨げられ、導電率の低下につながります。

高温での衝突は電子の秩序ある流れを乱し、電流が材料を通過するのをより困難にします。したがって、鉄の電気伝導率は温度が上昇すると低下します。

この挙動は鉄を含むほとんどの金属に当てはまり、熱エネルギーと格子内の自由電子の動きの間の相互作用から生じることに注意することが重要です。