Neden Sıcaklık Arttıkça Elektriksel İletkenlik Azalır?

Elektrik iletimi sırasında olanları kısaca şu şekilde özetleyebiliriz. İletken bir maddenin iki ucu arasında bir potansiyel farkı uygulandığı zaman malzemenin içinde bir elektrik alan oluşur ve elektronların üzerine bir kuvvet etki eder. Kuvvetin büyüklüğü, elektrik alanın büyüklüğü ile doğru orantılıdır, ancak yönü elektrik alanın yönünün tersidir. İdeal olarak elektronların, malzeme içinde hiçbir engelle karşılaşmadan hareket etmesi istenir.

Fakat malzemenin içindeki atomlar genellikle buna engel olur. Elektrik akımını oluşturan elektronlar hareketleri sırasında malzemeye bağlı durumda bulunan elektronlarla karşılaştıkları zaman çeşitli yönlere -hatta tamamen geriye doğru saçılır. Bu sırada, akımı taşıyan elektronların enerjisinin bir kısmı iletken malzemeyi oluşturan atomlara aktarılır ve malzeme ısınır. Malzemeye aktarılan enerji ne kadar fazla olursa, akım o kadar yavaş akar. Dolayısıyla iletken malzemenin direnci de o ölçüde artar.

Katı bir maddeyi oluşturan atomlar, bir gazın içindeki atomlar gibi ötelenme hareketi yapamasalar da sürekli titreşirler. Hatta kuantum mekaniğine göre bu titreşim hareketi mutlak sıfır sıcaklığında bile durmaz. Ancak atomların enerjisi ne kadar fazlaysa titreşim hareketlerinin genliği de o kadar fazladır. Dolayısıyla ortalama kinetik enerjinin bir ölçüsü olan sıcaklık arttıkça, atomların titreşim hareketinin genliği de artar.

Böylece akımı taşıyan elektronların iletken malzemedeki atomlarla çarpışma sıklığı ve bu çarpışmalar sonucunda ısıya dönüşen enerji miktarı artar. Sonuç olarak sıcaklık arttıkça malzemelerin direnci artar.