Geleidingsvermoë

Die geleidingsvermoë of geleibaarheid is die vermoë om elektriese stroom te gelei. Daar is party nouverwante begrippe, simbole en eenhede wat gebruik word en die meganismes kan ook verskil.

Ladinsgdraers

Die geleiding word deur die vloei van ladingsdraers veroorsaak en daar is verskeie tipes.

Elektroniese geleiding

In metale is daar groot aantalle elektrone wat 'n hoë mobiliteit besit. Omdat hulle lading negatief is beweeg hulle in die teenoorgestelde rigting van die stroomrigting.

In halfgeleiers is daar minder ladingsdraers maar hulle kan wel 'n hoë mobiliteit hê. In N-tipe-halfgeleiers is die draers elektrone e^- wat in die teenoorgestelde rigting van die stroom beweeg, maar in P-tipe-halfgeleider is hulle holtes h⁺ wat as positiewe draers gedra en in die stroomrigting vloei.

Ioniese geleiding

In elektroliete, soos soutoplossings in water, of in gesmelte soute is daar geen elektrone wat kan beweeg nie, maar daar is positief-gelaaide katione, wat in die stroomrigting en negatiewe anione wat teen die stroomrigting kan beweeg. Omdat hulle baie groter en swaarder is as elektrone is die mobiliteit kleiner en afhanklik van die ioon en sy konsentrasie.

Daar bestaan ook vastestowwe waarin ione deur die vaste kristalrooster kan beweeg. In AgI is byvoorbeeld die silwer-katione mobiel en kan in die stroomrigting beweeg. Daar is ook vastestowwe waar anione kan beweeg. Die mobiliteit kan die vloeistowwe s'n benader.

Gemengde geleiding

In sommige stowwe soos β-Ag₂S word altwee ioniese en elektroniese geleiding aangetref. Hulle word gemengde geleiers genoem.

Geleibaarheid

Die geleidingsvermoë, geleibaarheid of konduktansie is 'n eienskap van 'n objek en dit word in die eenheid Siemens gemeet. Dit is die omgekeerde van weerstand (resistansie), d.w.s. 1/R.

${\frac {1}{R}}={\frac {I}{U}}$

Vergelyk: ${R}={\frac {U}{I}}$

I = stroomsterke R = weerstand U = spanningverskil

Die geleidingsvermoë is die omgekeerde van die weerstand.

Spesifieke geleibaarheid

Die geleidingsvermoë van 'n genormeerde gedimensioneerde stuk van 'n geleier (met lengte $l$ en deursnee $A$) is die omgekeerde van die spesifieke weerstand ρ (grieks: rho) en word as die spesifieke geleidingsvermoë, spesiefieke geleibaarheid, of konduktiwiteit σ benoem. Hierdie waarde is 'n eienskap van die materiaal waaruit die objek bestaan. (Spesifiek vir koper, water ensomeer).

Albei word in die formule vervat:

$\sigma ={\frac {1}{\varrho }}$

Die verband met die geleibaarheid is:

$\varrho ={\frac {R.l}{A}}$

Die afgeleide SI-eenheid van die spesifieke geleidingsvermoë is S/m (Siemens per meter), ook A/(V·m). Gebruiklik is ook S/cm, m/Ω·mm² en S·m/mm², waarby die samehang 1 S/cm = 100 S/m en 1 m/Ω·mm² = S·m/mm² = 100 S/m geld.

Van der Pauw-metode

Konfigurasie met vier kontakte vir die Van der Pauw-metode

Om die spesifieke geleibaarheid van 'n vastestof te bepaal word dikwels van 'n metode met vier kontakte (pleks van net twee) gebruik gemaak, wat deur L.J. van der Pauw wat vir Philips in Eindhoven, Nederland gewerk het, ontwikkel is. Die kontakte is 'n probleem by metings van die geleibaarheid omdat hulle self dikwels 'n hoë weerstand besit. In die Van der Pauw-metode word op twee kontakte 'n spanning aangelê om 'n stroom deur die materiaal te voer. Die ander twee word gebruik om die spanningsverval oor die materiaal stroomloos te meet. Hul kontakweerstand is nie belangrik omrede daar geen stroom deur die meetkontak vloei nie.

Molêre geleibaarheid

In oplossings wat ione bevat (elektroliete), weerspieël die geleidingsvermoë bewegings van die ione wat veroorsaak word deur die spanningsverskil tussen die elektrodes.

Hierdie geleidingsvermoë hang van party faktore af soos die ladings en die grootte van die ione, hulle konsentrasies, die oplosmiddel, die temperatuur ensomeer. Daar word onderskei tussen die molêre geleidingsvermoë of molêre geleibaarheid:

$\Lambda _{m}={\frac {\sigma }{c}}$ met eenhede ${\frac {S.cm^{2}}{mol}}$

en die ekwivalente geleidingsvermoë:

$\Lambda _{eq}={\frac {\Lambda _{m}}{|z|}}$ met eenhede ${\frac {S.cm^{2}}{eq}}$

$\Lambda _{m}$ word gedefinieer as die geleidingsvermoë van 'n (waterige) oplossing van konsentrasie 1 mol/L wat geplaas word tussen twee ewewydige elektrodes wat op 1 cm afstand van mekaar geplaas is. Die ekwivalente eenhede bring die feit in rekening dat ione met hoër ladings z sterker deur die spanning voortbeweeg word.

Kohlrausch se wet

Die waarde van $\Lambda _{m}$ of $\Lambda _{eq}$ is nie konstant met die konsentrasie nie. F. Kohlrausch het gevind dat vir verdunde oplossings dit afhang van die wortel van die konsentrasie:

$\Lambda _{eq}=\Lambda _{eq}^{o}-K{\sqrt {c|z|}}$

$\Lambda _{m}=\Lambda _{m}^{o}-K'{\sqrt {c}}$

Hierdie wet geld vir sterke elektroliete en konsentrasies c < 10 mM Die konstante K (of K'=K /|z|^1.5) die Kohlrausch-parameter wat van die elektroliet afhang.

Die molêre geleidingsvermoë se verdunningslimiet vir $c\to 0$ ($\Lambda _{m}^{o}$) is vir sterke elektroliete die som van die bydraes van die indiwiduele ione:

$\Lambda _{m}^{0}=\nu _{+}\Lambda _{m}^{+}+\nu _{-}\Lambda _{m}^{-}$

Die koëffisiënte $\nu _{+}$ en $\nu _{-}$ is die stoigiometriese koëffisiënte van die opgeloste elektroliet.

Waardes van die verdunningslimiete $\Lambda _{m}^{+}$ en $\Lambda _{m}^{-}$ is bekend vir talle katione en anione.

Terminologie

Engels	Nederlands	Afrikaans	Eenheid	Simbool
conductance	geleidingsvermogen geleidbaarheid conductantie	geleidingsvermoë geleibaarheid konduktansie	Siemens [S]	G
conductivity	soortelijke geleidbaarheid conductiviteit	spesifieke geleibaarheid spesifieke geleidingsvermoë konduktiwiteit	[S/m]	$\sigma$
molar conductivity	molaire geleidbaarheid molaire conductiviteit	molêre geleibaarheid molêre konduktiwiteit	$[{\frac {Sm^{2}}{mol}}]$	$\Lambda _{m}$

Sien ook

• Resistor