Jakie substancje przewodzą prąd
Jak wiecie, uporządkowany ruch nośników ładunku elektrycznego nazywa się prądem elektrycznym. Elektrony mogą działać jako takie nośniki ładunku - w metalach, półprzewodnikach i gazach; jony — w elektrolitach i gazach; aw półprzewodnikach dziury działają również jako nośniki ładunku elektrycznego - niewypełnione wiązania walencyjne w atomach równe wielkości ładunkowi elektronu, ale z ładunkiem dodatnim.
Zadanie pytania, jakie substancje przewodzą Elektryczność, będziemy musieli spekulować na temat tego, co w pierwszej kolejności powoduje prąd, a mianowicie na temat obecności naładowanych cząstek w niektórych substancjach. Nie będziemy tutaj rozważać prądu polaryzacji, ponieważ nie jest to prąd przewodzenia i dlatego nie ma bezpośredniego związku z tym pytaniem.
To prawda, metale są głównymi przewodnikami prądu elektrycznego we współczesnej elektrotechnice. Metale charakteryzują się słabym połączeniem elektronów walencyjnych, czyli elektronów zewnętrznych poziomów energetycznych atomów, z jądrami tych atomów.
I właśnie ze względu na słabość tych wiązań, gdy z jakiegoś powodu w przewodniku pojawia się różnica potencjałów (wirowe pole elektryczne lub przyłożone napięcie), elektrony te zaczynają lawinowo poruszać się w jednym lub drugim kierunku, elektrony przewodzące poruszają się wewnątrz przewodnika. sieci krystalicznej, jako ruch „elektronicznego gazu”.
Typowi przedstawiciele przewodników metalowych: miedź, aluminium, wolfram.
Dalej na liście — półprzewodniki… Półprzewodniki ze względu na swoją zdolność do przewodzenia prądu elektrycznego zajmują pozycję pośrednią między przewodnikami, takimi jak druty miedziane, a dielektrykami, takimi jak pleksiglas. Tutaj jeden elektron jest związany z dwoma atomami jednocześnie — atomy są ze sobą połączone wiązaniami kowalencyjnymi — dlatego też, aby jakikolwiek pojedynczy elektron zaczął się poruszać, tworząc prąd, musi najpierw otrzymać energię, aby zrealizować swoją zdolność do opuszczenia atom, którym jesteś
Na przykład półprzewodnik może zostać podgrzany i część elektronów zacznie opuszczać swoje atomy, czyli nastąpi warunek istnienia prądu — w sieci krystalicznej pojawią się wolne nośniki — elektrony i dziury (w miejscu, z którego odszedł elektron, najpierw pozostaje pusta przestrzeń z ładunkiem dodatnim — dziura, którą następnie zajmuje elektron z innego atomu). Wybitnymi przedstawicielami czystych półprzewodników są: german, krzem, bor. Nie patrzymy tutaj na relacje.
Elektrolity są również zdolne do przewodzenia prądu dzięki obecności w nich wolnych nośników ładunku. Ale elektrolity są przewodnikami drugiego rodzaju. Nośnikami ładunku swobodnego w elektrolitach są jony (jony dodatnie to kationy, jony ujemne to aniony).
Kationy i aniony powstają tu w wyniku procesu dysocjacji elektrolitycznej (rozpadu cząsteczek na części — na oddzielne jony) kwasów, zasad, zasad w ich roztworach lub stopach. Równocześnie z dysocjacją jony ponownie łączą się z cząsteczkami — nazywa się to równowagą dynamiczną w elektrolicie. Przykładem elektrolitu jest 40% roztwór kwasu siarkowego w wodzie.
Wreszcie plazma — zjonizowany gaz — jest czwartym stanem skupienia materii.W plazmie ładunek elektryczny jest przenoszony przez elektrony, a także kationy i aniony powstające podczas ogrzewania gazu lub wystawienia go na promieniowanie rentgenowskie, ultrafioletowe lub innego promieniowania (lub pod działaniem ogrzewania i promieniowania). Plazma jest quasi-neutralna, to znaczy wewnątrz niej w małych objętościach całkowity ładunek jest wszędzie równy zeru. Ale ze względu na ruchliwość cząstek gazu, plazma nadal może przewodzić prąd.
W zasadzie plazma osłania zewnętrzne pole elektryczne, ponieważ ładunki są w niej rozdzielane przez to pole, ale ze względu na fakt, że występuje ruch termiczny nośników ładunku, w małych skalach naruszona jest quasi-obojętność plazmy a plazma praktycznie nabywa zdolność przewodzenia prądu elektrycznego. Cała przestrzeń międzygwiazdowa we wszechświecie jest wypełniona plazmą, a same gwiazdy są zbudowane z plazmy.