Purtători de curent electric

Electricitatea astăzi este de obicei definită ca „încărcări electrice și câmpuri electromagnetice asociate”. Însăși existența sarcinilor electrice este relevată de acțiunea lor puternică asupra altor sarcini. Spațiul din jurul fiecărei sarcini are proprietăți speciale: în el acționează forțe electrice, care se manifestă atunci când alte sarcini sunt introduse în acest spațiu. Este un astfel de spațiu câmp electric de forță.

În timp ce sarcinile sunt staționare, spațiul dintre ele are proprietăți câmp electric (electrostatic).… Dar când acuzațiile se mișcă, atunci sunt și în jurul lor camp magnetic… Considerăm proprietățile câmpului electric și magnetic separat, dar, în realitate, procesele electrice sunt întotdeauna legate de existență. câmp electromagnetic.

Cele mai mici sarcini electrice sunt incluse ca componente în atom... Un atom este cea mai mică parte a unui element chimic care poartă proprietățile sale chimice. Un atom este un sistem foarte complex. Cea mai mare parte a masei sale este concentrată în miez. Particulele elementare încărcate electric se rotesc în jurul acestora din urmă pe anumite orbite - electroni.

Forțele gravitaționale mențin planetele în mișcare în jurul Soarelui pe orbite, iar electronii sunt atrași de nucleul atomului de forțele electrice. Din experiență se știe că numai sarcini opuse se atrag reciproc. Prin urmare, sarcinile de pe nucleul atomului și ale electronilor trebuie să fie diferite ca semn. Din motive istorice, se obișnuiește să se gândească la sarcina nucleului ca fiind pozitivă și sarcinile electronilor ca fiind negative.

Numeroase experimente au arătat că electronii atomilor fiecărui element au aceeași sarcină electrică și aceeași masă. În același timp, sarcina electronică este elementară, adică cea mai mică sarcină electrică posibilă.

Se obișnuiește să se facă distincția între electronii aflați în orbitele interioare ale atomului și în orbitele exterioare. Electronii interiori sunt ținuți relativ strâns pe orbitele lor de forțe intraatomice. Dar electronii exteriori se pot desprinde relativ ușor de atom și rămân liberi pentru un timp sau se pot atașa de un alt atom. Proprietățile chimice și electrice ale unui atom sunt determinate de electronii de pe orbitele sale exterioare.

Mărimea sarcinii pozitive de pe nucleul atomului determină dacă atomul aparține unui anumit element chimic. Un atom (sau moleculă) este neutru din punct de vedere electric atâta timp cât suma sarcinilor negative de pe electroni este egală cu sarcina pozitivă de pe nucleu. Dar un atom care a pierdut unul sau mai mulți electroni devine încărcat pozitiv din cauza excesului de sarcină pozitivă de pe nucleu. Se poate mișca sub influența forțelor electrice (atractive sau respingătoare). Un astfel de atom este ion pozitiv… Un atom care a capturat electroni în exces devine ion negativ.

Purtătorul de sarcină pozitivă din nucleul unui atom este proton… Este o particulă elementară care servește drept nucleu al atomului de hidrogen. Sarcina pozitivă a protonului este numeric egală cu sarcina negativă a electronului, dar masa protonului este de 1836 de ori masa electronului. Nucleele atomilor, pe lângă protoni, conțin și neutroni - particule care nu au sarcină electrică. Masa unui neutron este de 1838 de ori masa unui electron.

Astfel, dintre cele trei particule elementare care alcătuiesc atomii, doar electronul și protonul au sarcini electrice.Dar dintre acestea, numai electronii încărcați negativ se pot deplasa cu ușurință în interiorul substanței, iar sarcinile pozitive în condiții normale se pot deplasa doar în formă de ioni grei, adică transfer al atomilor substanței.

Se formează mișcarea ordonată a sarcinilor electrice, adică o mișcare care are o direcție predominantă în spațiu electricitate… Particule a căror mișcare creează un curent electric — purtătorii de curent în majoritatea cazurilor sunt electronii și mult mai rar — ionii.

Permițând o anumită inexactitate, este posibil să se definească curentul ca mișcare direcționată a sarcinilor electrice. Purtătorii de curent se pot deplasa mai mult sau mai puțin liber în substanță.

Din fire se numesc substante care conduc relativ bine curentul. Toate metalele sunt conductoare, în special argintul, cuprul și aluminiul.

Conductibilitatea metalelor se explică prin faptul că în ele unii dintre electronii exteriori sunt separați de atomi. Experimentele pozitive rezultate din pierderea acestor electroni sunt conectate într-o rețea cristalină - un schelet solid (ionic), în spațiile căruia se află electroni liberi sub forma unui fel de gaz de electroni.

Cel mai mic câmp electric extern creează un curent în metal, adică forțează electronii liberi să se amestece în direcția forțelor electrice care acționează asupra lor. Metalele se caracterizează prin scăderea conductibilității odată cu creșterea temperaturii.

Semiconductori conducă curentul electric mult mai rău decât firele. Un număr foarte mare de substanțe aparțin numărului de semiconductori și proprietățile lor sunt foarte diverse. Conductivitatea electronică este caracteristică semiconductorilor (adică curentul din ei este creat, ca și în metale, prin mișcarea direcționată a electronilor liberi - nu a ionilor) și, spre deosebire de metale, o creștere a conductibilității odată cu creșterea temperaturii. În general, semiconductorii se caracterizează și printr-o dependență puternică a conductivității lor de influențele externe - radiații, presiune etc.

Dielectrice (izolatori) practic nu conduc curentul. Un câmp electric extern provoacă npolarizarea atomilor, moleculelor sau ionilor dielectricilordeplasarea sub acţiunea unui câmp extern a sarcinilor legate elastic care alcătuiesc un atom sau moleculă dielectrică. Numărul de electroni liberi din dielectrici este foarte mic.

Nu puteți specifica granițe dure între conductori, semiconductori și dielectrici. În dispozitivele electrice, firele servesc drept cale pentru mișcarea sarcinilor electrice, iar dielectricii sunt necesari pentru a dirija în mod corespunzător această mișcare.

Curentul electric este creat datorită acțiunii asupra sarcinilor unor forțe de origine neelectrostatică, numite forțe externe.Ele creează un câmp electric în fir, care forțează sarcinile pozitive să se miște în direcția forțelor câmpului, iar sarcinile negative, electronii, în direcția opusă.

Este util să clarificăm conceptul de mișcare de translație a electronilor din metale. Electronii liberi sunt într-o stare de mișcare aleatorie în spațiul dintre atomi, în mișcarea termică inversă a moleculelor. Starea termică a corpului este cauzată de ciocnirile dintre molecule între ele și ciocnirile electronilor cu moleculele.

Electronul se ciocnește de molecule și își schimbă direcția mișcării, dar continuă treptat să avanseze, descriind o curbă foarte complexă. Mișcarea pe termen lung a particulelor încărcate într-o direcție specifică, suprapusă mișcării lor haotice în direcții diferite, se numește deriva lor. Astfel, curentul electric din metale, conform concepțiilor moderne, este o deriva de particule încărcate.