วัสดุในข้อใดมีสมบัติเป็นตัวนำที่ดีที่สุด

การนำไฟฟ้าคือ ความสามารถที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำไฟฟ้า จะมีค่าต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้าอยู่ทุกตัวนำค่านี้เราเรียกกว่า ค่าความต้านทาน (Resistance) ได้เอาโลหะแต่ละชนิดไปทดลองหาค่าการนำไฟฟ้า โดยให้อุณหภูมิ พื้นที่หน้าตัด ความยาวที่เท่ากัน จะมีคุณสมบัติอย่างหนึ่งที่แต่ละโลหะไม่เหมือนกันคือ สภาพต้านทานไฟฟ้า (electrical resistivity ) สภาพต้านทานไฟฟ้า (อังกฤษ: electrical resistivity) คือปริมาณการวัดของการต่อต้านการไหลของกระแสไฟฟ้าในวัสดุ ค่าสภาพต้านทานไฟฟ้าต่ำบ่งชี้ว่าวัสดุยินยอมให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ได้ง่าย หน่วยในระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศของสภาพต้านทานไฟฟ้าคือ โอห์ม เมตร (Ωm)

 

.

ซึ่งค่าความต้านทานนี้จะมีความสัมพันธ์กับ พื้นที่หน้าตัด ความยาวและสภาพต้านทานไฟฟ้า คือ

 

โดย l คือ ความยาวของตัวนำ มีหน่วยเป็นเมตร(m) A คือ พื้นที่หน้าตัดของตัวนำ มีหน่วยเป็นตารางเมตร(m2) ρ (Greek: rho) คือ สภาพต้านทานไฟฟ้า (Resistivity )ของสสาร มีหน่วยเป็นโอห์ม-เมตร(Ω.m)

4 โลหะตัวนำไฟฟ้าดีที่สุด (ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียล) คือ

1.เงิน (Silver) มีค่าสภาพต้านทานไฟฟ้า 1.59×10−8 Ω•m 2.ทองแดง (Copper) มีค่าสภาพต้านทานไฟฟ้า1.68×10−8 Ω•m 3.ทองคำ (Gold) มีค่าสภาพต้านทานไฟฟ้า 2.44×10−8 Ω•m 4.อลูมิเนียม (Aluminium) มีค่าสภาพต้านทานไฟฟ้า 2.82×10−8 Ω•m

 

ข้อดี-ข้อเสียของโลหะทั้ง 4 เมื่อใช้เป็นตัวนำไฟฟ้า

1.เงิน (Silver) ตัวนำไฟฟ้าที่ดีที่สุดคือ เงินบริสุทธิ์ แต่ไม่ใช่โลหะที่ใช้กันทั่วไปในการนำไฟฟ้า เนื่องจากเงินมีข้อเสียคือ การกระจายของกระแสที่ไม่เท่ากัน โดยเฉพาะในกระแสความถี่สูง ราคาแพงกว่าอลูมิเนียมหรือทองแดงมาก

2.ทองแดง (Copper) โลหะที่ใช้กันมากที่สุดชนิดหนึ่งในการนำไฟฟ้า เนื่องจากเป็นวัสดุที่มีความยืดหยุ่นง่ายต่อการพันหรือบัดกรีซึ่งทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดเมื่อจำเป็นต้องใช้สายไฟจำนวนมาก ตัวอย่างการทองแดงเป็นตัวนำไฟฟ้าคือ การส่งกระแสไฟฟ้าและการผลิตไฟฟ้า ใช้ในมอเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหม้อแปลงและบุชบาร์ เมื่อติดตั้งอย่างถูกต้องจะเป็นโลหะที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพสูงสุดในการผลิตไฟฟ้า นอกจากนี้ทองแดงมักใช้เป็นตัวนำที่มีประสิทธิภาพในเครื่องใช้ในครัวเรือนและในอุปกรณ์ไฟฟ้าโดยทั่วไป สายไฟส่วนใหญ่ชุบทองแดงเนื่องจากมีต้นทุนต่ำ ทองแดงยังใช้ในตัวนำไมโครวงจรไฟฟ้าและไมโครโปรเซสเซอร์เนื่องจากมีค่าการนำไฟฟ้าสูงและมีความต้านทานต่อการให้ความร้อนต่ำ นอกจากนี้ยังใช้ในโทรศัพท์มือถือทีวีและคอมพิวเตอร์

 

 

 

3.ทองคำ (Gold) เป็นตัวนำไฟฟ้าสูง แต่เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายจึงใช้ในปริมาณที่พอเหมาะเท่านั้น ไมโครชิปอาจมีสายทองสำหรับการเชื่อมต่อและในกรณีที่การใช้งานต้องการความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชั่นและการกัดกร่อนสูงพร้อมกับการนำไฟฟ้าสูงจึงใช้การชุบทองแบบบางมาก

4.อลูมิเนียม (Aluminium) เป็นโลหะอีกชนิดในการนำไฟฟ้าสูง แม้ว่าโดยปริมาตรแล้วการนำไฟฟ้าจะมีเพียง 60% ของทองแดง แต่โดยน้ำหนักแล้วอลูมิเนียมหนึ่งปอนด์มีความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าของทองแดงสองปอนด์ สิ่งนี้ทำให้มันเป็นวัสดุที่คุ้มค่ามาก อลูมิเนียมใช้ในสายไฟทางไกลการส่งและการจ่ายไฟฟ้าแรงสูงบนโครงข่ายไฟฟ้า หน้าสัมผัสไฟฟ้าของเบรกเกอร์

สายไฟนิยมใช้ทองแดง แม้ว่าเงินจะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีที่สุด แต่เนื่องจากราคาแพงจึงนิยมใช้ทองแดงแทน ปลอกหุ้มสายไฟทำด้วยวัสดุประเภทฉนวนไฟฟ้าเช่น พลาสติก เพราะเป็นส่วนที่ต้องจับต้องได้

การนำความร้อน

จำแนกได้เป็น

• ตัวนำความร้อน คือ วัสดุที่ยอมให้พลังงานความร้อนไหลผ่านไปได้ดี ตัวอย่างเช่น เงิน, ทองแดง
• ฉนวนความร้อนคือ วัสดุที่ไม่ยอมให้พลังงานความร้อนไหลผ่านได้น้อย ตัวอย่างเช่น แก้ว, ไม้, กระเบื้อง, ผ้า

คำถาม จากภาพนักเรียนคิดว่าส่วนใดเป็นฉนวนความร้อนและส่วนใดเป็นตัวนำความร้อน (ขอบคุณภาพ: designedby freepik)
Kitchen vector created by Freepik

การถ่ายโอนความร้อน

จำแนกได้เป็น

• การนำความร้อน (Conduction)
  คือการถ่ายโอนความร้อนจากโมเลกุลหนึ่งไปยังโมเลกุลที่ติดกันไป จากอุณหภูมิสูงไปสู่อุณหภูมิต่ำ เช่น เวลาจับหูกระทะจะรู้สึกร้อนเพราะตัวกระทุะจะส่งผ่านความร้อนต่อมาเรื่อยๆจนถึงหูกระทะและมือเรา
• การพาความร้อน (Convection)
  คือการถ่ายโอนความร้อนโดยอาศัยตัวพาที่จัดเป็นของไหล เช่น ของเหลวและแก๊ส เช่น การต้มลูกชิ้น ลูกชิ้นจะได้ความร้อนโดยน้ำเป็นตัวพาความร้อน
• การแผ่รังสี (Radiation)
  คือการถ่ายโอนความร้อนโดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง การแผ่รังสีจึงสามารถถ่ายเทความร้อนผ่านอวกาศได้
  วัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่า -273°C หรือ 0 K (เคลวิน) จะมีการแผ่รังสี วัตถุที่มีอุณหภูมิสูงแผ่รังสีคลื่นสั้น วัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำแผ่รังสีคลื่นยาวตามกฎของวีน

ความเหนียว

หมายถึง ความสามารถในการรับแรงโดยไม่เกิดการแตกหัก สามารถพิจารณาความเหนียวจาก

1. ความสามารถในการดึงเป็นเส้น
2. ความสามารถในการตีเป็นแผ่นบางได้

ตัวอย่างเช่น โลหะต่างๆ เช่น ทองคำ, เงิน, เหล็ก สามารถตีให้เป็นแผ่นเป็นเส้นสามารถทำเป็นเครื่อง ประดับชนิดต่างๆ เช่น สร้อย, แหวน

คำถาม นักเรียนคิดว่า เชือกใดมีความเหนียวมากกว่ากัน เชือกไนลอน เชือกฟาง

ความยืดหยุ่น

จำแนกได้เป็น

• วัสดุที่มีสภาพยืดหยุ่นคือ วัสดุที่เมื่อถูกแรงกระทำจะเกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง แต่เมื่อแรงกระทำหยุดวัสดุจะกลับสู่สภาพเดิมหรือใกล้เคียงเดิม ตัวอย่างเช่น ยางยืด, ฟองน้ำ, ลวดสปริง, เส้นเอ็น
• วัสดุที่ไม่มีสภาพยืดหยุ่นคือ วัสดุที่เมื่อถูกแรงกระทำจะเกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง แต่เมื่อแรงกระทำหยุดลง วัสดุนั้นจะยังคงรูปร่างที่เปลี่ยนแปลงไป

ทั้งนี้วัสดุที่มีสภาพยืดหยุ่นสามารถเสียสภาพความยืดหยุ่นได้หากได้รับแรงกระทำมากเกินพิกัดยืดหยุ่น

ความแข็ง

คือ ความต้านทานต่อแรงกด การขัดสี สามารถทดสอบได้หลายวิธี วิธีง่ายๆคือดูจากความทนทานต่อการขูดขีด เช่น เล็บขูดทัลค์เป็นรอย แสดงว่าเล็บแข็งแรงกว่าทัลค์ เล็บมือไม่สามารถขูดแคลไซต์เป็นรอย แสดงว่าแคลไซต์แข็งแรงกว่าเล็บ และแข็งแรงกว่าทัลค์
ประโยชน์จากสมบัติด้านความแข็ง เช่น เพชรใช้ทำเครื่องตัดกระจก

ความแข็งของโมสแร่1ทัลก์2ยิปซัม3แคลไซต์4ฟลูออไรด์5อะพาไทต์6ออร์โทเคลสเฟลด์สปาร์7ควอตซ์8โทแพซ9คอรันดัม10เพชร

ความหนาแน่น

คือ ปริมาณมวลสารในหน่วยปริมาตร

ความหมายหน่วยความหนาแน่นปริมาณมวลสารในหน่วยปริมาตรกิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร, กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตรมวลปริมาณที่บอกความสามารถที่วัตถุสามารถต้านทานการเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่กิโลกรัม, กรัมน้ำหนักแรงที่โลกหรือดาวเคราะห์กระทำต่อวัตถุนิวตันปริมาตรบริเวณที่อนุภาคต่างๆครอบครองในปริภูมิสามมิติลูกบาศก์เมตร, ลูกบาศก์เซนติเมตร

ความหนาแน่นเป็นคุณสมบัติเฉพาะของสารบริสุทธิ์

ชนิดของสารความหนาแน่น (กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร)ทองคำ19,300ปรอท13,580เหล็ก7,870น้ำทะเล1,025น้ำ1,000น้ำแข็ง917เอทิลแอลกอฮอล์790

ความเป็นกรด-ด่าง (pH)

สารต่างๆในชีวิตประจำวันสามารถจำแนกได้ตามความเป็นกรด-ด่าง (pH)

คุณสมบัติของกรด (pH < 7)คุณสมบัติของเบส (pH >7)นำไฟฟ้าได้นำไฟฟ้าได้มีรสเปรี้ยวมีรสฝาดเปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากน้ำเงินเป็นแดงปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากแดงเป็นน้ำเงินไม่เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสสีแดงไม่เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสสีน้ำเงินทำปฏิกิริยากับโลหะได้แก๊สไฮโดรเจนไม่ทำปฏิกิริยากับโลหะยกเว้นอลูมิเนียมที่ทำ ปฏิกิริยาได้แก๊สไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับเบสได้เกลือและน้ำทำปฏิกิริยากับกรดได้เกลือและน้ำตัวอย่างสารที่เป็นกรด: น้ำส้มสายชู, น้ำยาล้างห้องน้ำ, น้ำโซดาตัวอย่างสารที่เป็นด่าง: น้ำปูนใส, น้ำขี้เถ้า, ผงฟู, ผงซักฟอก, โซดาไฟ

การทดสอบความเป็นกรด-ด่าง

สามารถทำได้ง่ายๆโดยกระดาษลิตมัสสีแดง-น้ำเงิน

สารที่มีฤทธิ์เป็นกรด

• ไม่เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสแดง
• เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสน้ำเงินเป็นแดง

สารที่มีฤทธิ์เป็นด่าง

• ไม่เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสน้ำเงิน
• เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสแดงเป็นน้ำเงิน

สารที่มีฤทธิ์เป็นกลาง

• ไม่เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสน้ำเงิน
• ไม่เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสแดง
• ตัวอย่างเช่น น้ำเกลือ น้ำเชื่อม น้ำกลั่น

ในการเข้าใช้งานเวบไซต์ของเรา ท่านได้อ่าน เข้าใจ และยอมรับข้อกำหนดการใช้งาน นโยบายความเป็นส่วนตัว และนโยบายคุกกี้ของเราแล้ว โดยท่านสามารถอ่านนโยบายของเราได้ ที่นี่