化学理科

3分で簡単電気伝導度!どんな原理?何に使われてる?理系大学院卒ライターがわかりやすく解説

今回は「電気伝導度」について勉強していこう。電気は固体や、液体を流れるぞ。それらの中をどのように電気が流れるのか。また流れやすさの違いはなにであるのか。この観点を踏まえながら
今回は、電気伝導度の原理から実用例まで理系大学院卒ライターこーじと一緒に解説していきます。

ライター/こーじ

元理系大学院卒。小さい頃から機械いじりが好きで、機械系を仕事にしたいと大学で工学部を専攻した。卒業後はメーカーで研究開発職に従事。物理が苦手な人に、答案の答えではわからないおもしろさを伝える。

電気伝導率とは

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電気伝導度は、物質中の電気伝導のしやすさを表す指標です。

導電率や電気伝導度とも呼ばれます。電気伝導度は、電気抵抗率の逆数です。電気の流れにくさの反対つまり電気の流れやすさを示しています。電気抵抗率の単位は、S(ジーメンス)です。こちらも電気抵抗Ω(オーム)の逆数になります。電気伝導度は物質ごとに値が異なる物性値です。そのため、金属では値が大きいが、絶縁体では非常に値が小さくなります。

金属は、自由電子が多く電流が流れやすく絶縁体は電子を流さない性質のためです。また、電気伝導度は固体物質のみではありません。液体のpH測定の際に使用されたり、農学の分野では土壌溶液などのイオンの総量を示す指標としても利用されます。

液体と固体の電気伝導率の違い

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電気が固体と液体を流れる場合は流れるものが違います。固体では自由電子が流れることにより、電流が流れ、液体では、陽イオンや陰イオンなどのイオンによるものです。液体が電気を流せる特徴を有している場合、その液体は電解質水溶液といい、溶けている物質は電解質になります。

導電度は、物質の中の電気の流れやすさです。そのため、固体では電子、液体ではイオンと電気のもととなるものが大きく違います。

固体の電気伝導率

固体の電気導電度は、主に電気抵抗を用いたオームの法則が使用されます。
オームの法則は、電圧Vは抵抗Rと電流Iの積である式です。オームの法則の抵抗Rを逆数にしたものが導電度になります。またJは電流密度、Eは電場、比例定数σが導電度です。

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電気伝導度は物質固有の値です。電子密度n、電荷e、緩和時間をτ、電子の質量をm、比抵抗をρとすると次の式になります。つまり、電気伝導度は、電子密度や緩和時間といった物質に特有の値です。そのため、電気伝導度は形状に依存しない物性になります。

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