電気抵抗率と導電率
はじめに
電気抵抗率と導電率は、材料が電流にどのように反応するかを決定する基本的な特性である。これらの特性は、電気システムの設計、特定の用途のための材料の選択、および様々な技術におけるエネルギー効率の改善において極めて重要です。
電気抵抗率と導電率に影響を与える要因
材料の電気抵抗率と導電率には、いくつかの要因が影響します：
温度
温度が上昇すると、電子の流れを妨げる格子振動が増大するため、ほとんどの導体の抵抗率も上昇します。逆に半導体では、抵抗率は一般的に温度の上昇とともに低下します。
材料構成
異なる材料には固有の抵抗率があります。金属は一般的に抵抗率が低く、優れた導体となりますが、非金属や絶縁体は抵抗率が高くなります。
不純物と欠陥
材料に不純物や構造上の欠陥があると、電子の流れが乱れ、抵抗率が高くなります。高純度の材料は通常、より低い抵抗率を示します。
物理的寸法
材料の抵抗率は、その形状や大きさに依存しません。しかし、材料の全体的な抵抗は、その長さと断面積に依存します。
金属の電気伝導率
金属はその高い電気伝導性で有名ですが、これは電荷の移動を容易にする自由電子の存在に起因しています。金属の導電率は、特定の電気的要件を満たすために合金化や加工技術によって調整することができます。
電気抵抗率と導電率の表
一般的な材料の電気抵抗率（ ）と導電率（ ）を表にまとめました。抵抗率は通常オーム・メートル（Ω・m）単位で、導電率はジーメンス・パー・メートル（S/m）単位で測定されます。
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材料 |
抵抗率 (Ω-m) |
導電率 (S/m) |
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銀 |
1.59 ×10-⁸ |
6.30 ×10⁷ |
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銅 |
1.68 ×10-⁸ |
5.96 × 10⁷ |
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金 |
2.44 ×10-⁸ |
4.10 × 10⁷ |
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2.82 ×10-⁸ |
3.55 × 10⁷ |
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鉄 |
9.71 ×10-⁸ |
1.03 × 10⁷ |
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ニッケル |
6.99 ×10-⁸ |
1.43 × 10⁷ |
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5.60 ×10-⁷ |
1.79 ×10⁶ |
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鉛 |
2.20 ×10-⁷ |
4.55 ×10⁶ |
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1.06 ×10-⁷ |
9.43 ×10⁶ |
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カーボン(グラファイト) |
3.5 × 10-⁵ |
2.86 ×10⁴ |
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6.40 × 10³ |
1.56 ×10-⁴ |
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ゴム |
10¹⁴-10¹⁶ |
10-¹⁶-10-¹⁴ |
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ガラス |
10¹³ -10¹⁶ |
10-¹³-10-¹⁶ |
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木材（ドライ |
10-¹-10¹² |
10¹⁰-10-⁹ |
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水（蒸留 |
18.2 × 10³ |
5.49 ×10-⁵ |
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コンクリート |
10¹⁴-10¹⁶ |
10-¹⁶-10-¹⁴ |
注意事項
- 金属（銀、銅、アルミニウムなど）は抵抗率が低く、優れた導体である。
- シリコンのような半導体は抵抗率が中程度で、電子機器に使用される。
- ゴム、ガラス、木材などの絶縁材料は抵抗率が非常に高く、導電性が低い。
- 純粋な状態の水（蒸留水）は比較的高い抵抗率を持っていますが、不純物（塩など）は導電率を大幅に増加させます。
よくある質問
電気抵抗率と導電率の違いは何ですか？
電気抵抗率は、物質が電流の流れにどれだけ強く逆らうかを測定し、導電率は、電流が物質中をどれだけ容易に流れるかを測定します。
温度は金属の電気伝導率にどのような影響を与えますか？
金属では、温度が上昇すると、格子振動が増加して電子をより効果的に散乱させるため、電気伝導率は通常低下します。
なぜ金属は非金属よりも導電性に優れているのですか？
金属には格子構造中を容易に移動する自由電子があり、電流の流れを促進しますが、非金属にはこのような自由電荷キャリアがありません。
不純物は金属の導電性を向上させますか？
一般的に、不純物は規則的な格子構造を乱し、電子を流れにくくすることで金属の抵抗率を高めます。
電気伝導率の高い材料はどのような用途に必要ですか？
導電率の高い材料は、電気配線、送電、電子機器、コネクターやスイッチなどの部品に不可欠です。
