전기 및 열 전도성
일정한 온도에서, 금속의 열 전도성과 전기 전도성은 비례 관계에 있지만, 온도가 증가함에 따라 열 전도성은 증가하는 반면 전기 전도성은 감소합니다. 이러한 현상은 비더만-프란츠 법칙으로 정량화됩니다. 이 법칙은 금속의 전자 기여 열 전도성(k)과 전기 전도성(σ)의 비율이 온도(T)에 비례한다고 명시합니다. 질적으로, 이 관계는 열과 전기의 전달이 모두 금속 내의 자유 전자들을 통해 일어난다는 데 기반을 두고 있습니다.
전기 전도성은 입자 속도가 증가함에 따라 감소하는데, 이는 충돌이 전자를 전하의 전방 전달로부터 벗어나게 만들기 때문입니다. 그러나, 열 전도성은 평균 입자 속도가 증가함에 따라, 에너지의 전방 전달이 증가하여 증가합니다. 비더만-프란츠 법칙은 일반적으로 고온에서 잘 지켜집니다. 그러나 낮고 중간 온도 영역에서는, 전하 운반체의 비탄성 산란으로 인해 법칙이 실패합니다. 비금속에서 열을 운반하는 음향자의 중요성이 증가하기 때문에 전기 및 열 전도도 사이의 일반적인 상관 관계는 다른 재료에 대해서는 유지되지 않는다는 점을 주목해야 합니다.
전기 전도성
전기 전도성은 재료가 전기 전류를 전도할 수 있는 능력을 나타내는 물리적 성질입니다. 전기 전도성의 SI 단위는 시멘스/미터(S/m)입니다. 재료의 전기 전도성은 전하 운반체(전자 또는 이온과 같은)의 밀도와 이동성, 재료의 구조, 온도 및 기타 환경 요인을 포함한 여러 요소에 의해 결정됩니다.
높은 전기 전도성을 가진 재료들, 예를 들어 금속이나 일부 유형의 염과 용액은 전기적 및 전자적 응용 분야에서 널리 사용되며, 이들은 최소한의 저항이나 에너지 손실로 전기 전류를 운반하는 데 사용됩니다. 전기 전도성이 낮은 다른 재료들, 예를 들어 절연체와 반도체는 전기 충전의 흐름을 제어하거나 조작하는 데 사용될 수 있는 응용 분야에서 사용됩니다.
열 전도성
대부분의 액체와 고체의 열 전도성은 온도에 따라 변화하며, 기체의 경우에는 압력에도 의존합니다. 일반적으로, 금속은 고체이며, 이러한 금속은 결정 구조를 가지고 있어서, 이온들(핵과 그 주변의 핵심 전자들의 껍질)이 결정 격자에서 번역적으로 동등한 위치를 차지합니다. 일반적으로 금속은 높은 전기 전도성, 높은 열 전도성 및 높은 밀도를 가지고 있습니다. 따라서, 열 에너지의 전송은 두 가지 효과로 인해 발생할 수 있습니다: 자유 전자의 이동 및 격자 진동 파동(포논)입니다.
