Sähköjohtimissa on liikkuvia sähkövarautuneita hiukkasia, joita kutsutaan metallissa "elektroneiksi". Kun sähkövaraus kohdistetaan metalliin tietyissä kohdissa, elektronit liikkuvat ja päästävät sähkön läpi. Materiaalit, joilla on suuri elektronien liikkuvuus, ovat hyviä johtimia, ja materiaalit, joilla on pieni elektronien liikkuvuus, eivät ole hyviä johtimia, niiden sijaan kutsutaan "eristeiksi".
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Kupari, hopea, alumiini, kulta, teräs ja messinki ovat yleisiä sähkönjohtimia. Vaikka hopea ja kulta ovat molemmat tehokkaita, ne ovat liian kalliita yleiseen käyttöön. Yksittäiset ominaisuudet tekevät jokaisesta ihanteellisen tiettyihin tarkoituksiin.
Kupari ja hopea ovat yleisimpiä
Hopea on paras sähkönjohdin, koska se sisältää enemmän liikkuvia atomeja (vapaita elektroneja). Jotta materiaali olisi hyvä johdin, sen läpi kulkevan sähkön on kyettävä liikuttamaan elektroneja; mitä enemmän vapaita elektroneja metallissa on, sitä suurempi on sen johtavuus. Hopea on kuitenkin kalliimpaa kuin muut materiaalit, eikä sitä yleensä käytetä, ellei sitä vaadita erikoislaitteille, kuten satelliiteille tai piirilevyille. Kupari on vähemmän johtavaa kuin hopea, mutta on halvempaa ja sitä käytetään yleisesti tehokkaana johtimena kodinkoneissa. Suurin osa johtimista on kuparipinnoitettuja ja sähkömagneettisydämet on yleensä kääritty kuparilangalla. Kupari on myös helppo juottaa ja kääriä johtoihin, joten sitä käytetään usein, kun tarvitaan suuri määrä johtavaa materiaalia.
Alumiini toimii hyvin, mutta sillä on riskejä
Alumiini, yksikköpainoon verrattuna, on itse asiassa johtavampaa kuin kupari ja maksaa vähemmän. Alumiinimateriaalia käytetään kotitaloustuotteissa tai johdotuksessa, mutta se ei ole yleinen valinta, koska sillä on useita rakenteellisia puutteita. Esimerkiksi alumiinilla on taipumus muodostaa sähköä kestävä oksidipinta sähköliitännöissä, mikä voi aiheuttaa yhteyden ylikuumenemisen. Alumiinia käytetään sen sijaan korkeajännitteisissä siirtolinjoissa (kuten puhelinjohdoissa), jotka voidaan suojata teräksellä lisäsuojaa varten.
Kulta on tehokasta, mutta kallista
Kulta on hyvä sähkönjohdin, eikä se pilaa kuten muut metallit, kun se altistuu ilmalle - esimerkiksi teräs tai kupari voi hapettaa (syövyttää) pitkään käyttäessään happea. Kulta on erityisen kallista ja sitä käytetään vain tietyille materiaaleille, kuten piirilevykomponenteille tai pienille sähköliittimille. Jotkut materiaalit voivat saada kultapinnoitteen sähköjohtimena tai käyttää pientä määrää kultaa, joka sitten pinnoitetaan toiseen materiaaliin valmistuskustannusten alentamiseksi.
Teräs- ja messinkiseoksilla on erityisiä käyttötarkoituksia
Teräs on rautaseos, joka on myös johdin, ja joustamaton metalli, joka on erittäin syövyttävää, kun se altistuu ilmalle. Se on vaikea valaa eikä sitä käytetä pienissä tuotteissa tai koneissa; sen sijaan terästä käytetään muiden johtimien kotelointiin tai suuriin rakenteisiin. Messinki, joka on myös metalliseos, on vetolujuusmetalli, jonka avulla on helppo taivuttaa ja muovata pieniksi koneiksi eri osiksi. Se on vähemmän syövyttävää kuin teräs, hieman johtavampi, halvempi ostaa ja säilyttää arvonsa käytön jälkeen, kun taas terässeos on arvokasta vasta ostettaessa.