Bærere av elektrisk strøm

Elektrisitet er i dag vanligvis definert som "elektriske ladninger og tilhørende elektromagnetiske felt". Selve eksistensen av elektriske ladninger avsløres av deres sterke virkning på andre ladninger. Rommet rundt hver ladning har spesielle egenskaper: elektriske krefter virker i det, som manifesteres når andre ladninger introduseres i dette rommet. Det er et slikt rom kraft elektrisk felt.

Mens ladningene er stasjonære, har rommet mellom dem egenskaper elektrisk (elektrostatisk) felt… Men når ladningene beveger seg, er det også rundt dem magnetfelt… Vi vurderer de elektriske og magnetiske feltegenskapene separat, men i virkeligheten er elektriske prosesser alltid relatert til eksistensen elektromagnetisk felt.

De minste elektriske ladningene er inkludert som komponenter i atom... Et atom er den minste delen av et kjemisk grunnstoff som bærer sine kjemiske egenskaper. Et atom er et veldig komplekst system. Det meste av massen er konsentrert i kjernen. Elektrisk ladede elementærpartikler kretser rundt sistnevnte i visse baner — elektroner.

Gravitasjonskrefter holder planetene i bevegelse rundt solen i baner, og elektroner tiltrekkes av atomkjernen av elektriske krefter. Det er erfaringsmessig kjent at kun motsatte ladninger tiltrekker hverandre. Derfor må ladningene på kjernen til atomet og elektronene være forskjellige i fortegn. Av historiske grunner er det vanlig å tenke på ladningen til kjernen som positiv og ladningen til elektronene som negative.

Tallrike eksperimenter har vist at elektronene til atomene til hvert element har samme elektriske ladning og samme masse. Samtidig er den elektroniske ladningen elementær, det vil si den minste mulige elektriske ladningen.

Det er vanlig å skille mellom elektronene som befinner seg i de indre banene til atomet og i de ytre banene. De indre elektronene holdes relativt tett i sine baner av intraatomiske krefter. Men de ytre elektronene kan relativt lett løsne fra atomet og forbli frie en stund eller feste seg til et annet atom. De kjemiske og elektriske egenskapene til et atom bestemmes av elektronene i dets ytre baner.

Størrelsen på den positive ladningen på atomets kjerne avgjør om atomet tilhører et bestemt kjemisk grunnstoff. Et atom (eller molekyl) er elektrisk nøytralt så lenge summen av de negative ladningene på elektronene er lik den positive ladningen på kjernen. Men et atom som har mistet ett eller flere elektroner blir positivt ladet på grunn av den overflødige positive ladningen på kjernen. Den kan bevege seg under påvirkning av elektriske krefter (attraktiv eller frastøtende). Et slikt atom er positivt ion… Et atom som har fanget overflødige elektroner blir negativt ion.

Den positive ladningsbæreren i kjernen til et atom er proton… Det er en elementær partikkel som fungerer som kjernen til hydrogenatomet. Den positive ladningen til protonet er numerisk lik elektronets negative ladning, men massen til protonet er 1836 ganger massen til elektronet. Atomkjernene inneholder i tillegg til protoner også nøytroner - partikler som ikke har noen elektrisk ladning. Massen til et nøytron er 1838 ganger massen til et elektron.

Av de tre elementærpartiklene som utgjør atomene er det altså bare elektronet og protonet som har elektrisk ladning.Men av disse er det bare de negativt ladede elektronene som lett kan bevege seg inne i stoffet, og de positive ladningene under normale forhold kan bare bevege seg i form for tunge ioner, det vil si overføring av atomene til stoffet.

Den ordnede bevegelsen av elektriske ladninger dannes, det vil si en bevegelse som har en dominerende retning i rommet elektrisitet… Partikler hvis bevegelse skaper en elektrisk strøm — strømbærere i de fleste tilfeller er elektroner og mye sjeldnere — ioner.

For å tillate en viss unøyaktighet, er det mulig å definere strøm som den rettede bevegelsen av elektriske ladninger. Strømbærere kan bevege seg mer eller mindre fritt i stoffet.

Fra ledninger kalles stoffer som leder strøm relativt godt. Alle metaller er ledere, spesielt sølv, kobber og aluminium.

Ledningsevne av metaller forklares med at i dem er noen av de ytre elektronene skilt fra atomene. De positive eksperimentene som følge av tapet av disse elektronene er koblet sammen i et krystallgitter - et solid (ionisk) skjelett, i hvis rom det er frie elektroner i form av en slags elektrongass.

Det minste eksterne elektriske feltet skaper en strøm i metallet, det vil si tvinger de frie elektronene til å blande seg i retning av de elektriske kreftene som virker på dem. Metaller er preget av reduksjon i ledningsevne med økende temperatur.

Halvledere leder elektrisk strøm mye dårligere enn ledninger. Et veldig stort antall stoffer tilhører antallet halvledere og deres egenskaper er svært forskjellige. Elektronisk ledningsevne er karakteristisk for halvledere (det vil si at strømmen i dem skapes, som i metaller, ved rettet bevegelse av frie elektroner - ikke ioner) og, i motsetning til metaller, en økning i ledningsevne med økende temperatur. Generelt er halvledere også preget av en sterk avhengighet av deres ledningsevne på ytre påvirkninger - stråling, trykk, etc.

Dielektrikk (isolatorer) de leder praktisk talt ikke strøm. Et eksternt elektrisk felt forårsaker npolarisering av atomer, molekyler eller ioner av dielektrikumforskyvning under påvirkning av et eksternt felt av de elastisk bundne ladningene som utgjør et atom eller dielektrisk molekyl. Antallet frie elektroner i dielektrikum er svært lite.

Du kan ikke spesifisere harde grenser mellom ledere, halvledere og dielektriske stoffer. I elektriske enheter tjener ledninger som en vei for bevegelse av elektriske ladninger, og dielektrikum er nødvendig for å rette denne bevegelsen riktig.

Elektrisk strøm skapes på grunn av virkningen på ladninger av krefter av ikke-elektrostatisk opprinnelse, kalt eksterne krefter.De lager et elektrisk felt i ledningen, som tvinger de positive ladningene til å bevege seg i retning av feltkreftene, og de negative ladningene, elektronene, i motsatt retning.

Det er nyttig å klargjøre begrepet translasjonsbevegelse av elektroner i metaller. Frie elektroner er i en tilstand av tilfeldig bevegelse i rommet mellom atomer, i omvendt termisk bevegelse av molekyler. Den termiske tilstanden til kroppen er forårsaket av kollisjoner av molekyler med hverandre og kollisjoner av elektroner med molekyler.

Elektronet kolliderer med molekyler og endrer bevegelsesretningen, men fortsetter gradvis å bevege seg fremover, og beskriver en veldig kompleks kurve. Den langsiktige bevegelsen av ladede partikler i en bestemt retning, overlappet på deres kaotiske bevegelse i forskjellige retninger, kalles deres drift. Dermed er den elektriske strømmen i metaller, ifølge moderne syn, en drift av ladede partikler.