Portadors de corrent elèctric

L'electricitat avui en dia se sol definir com "càrregues elèctriques i camps electromagnètics associats". L'existència mateixa de les càrregues elèctriques es revela per la seva forta acció sobre altres càrregues. L'espai al voltant de cada càrrega té propietats especials: hi actuen forces elèctriques, que es manifesten quan s'introdueixen altres càrregues en aquest espai. És un espai així camp elèctric de força.

Mentre que les càrregues són estacionàries, l'espai entre elles té propietats camp elèctric (electrostàtic).… Però quan les càrregues es mouen, també n'hi ha al seu voltant camp magnètic… Considerem les propietats del camp elèctric i magnètic per separat, però en realitat els processos elèctrics sempre estan relacionats amb l'existència camp electromagnètic.

Les càrregues elèctriques més petites s'inclouen com a components àtom... Un àtom és la part més petita d'un element químic que té les seves propietats químiques. Un àtom és un sistema molt complex. La major part de la seva massa es concentra al nucli. Les partícules elementals carregades elèctricament giren al voltant d'aquestes últimes en determinades òrbites. electrons.

Les forces gravitatòries mantenen els planetes movent-se al voltant del Sol en òrbites, i els electrons són atrets pel nucli de l'àtom per forces elèctriques. Per experiència se sap que només s'atrauen càrregues oposades. Per tant, les càrregues del nucli de l'àtom i dels electrons han de ser diferents en signe. Per raons històriques, s'acostuma a pensar que la càrrega del nucli és positiva i les càrregues dels electrons com a negatives.

Nombrosos experiments han demostrat que els electrons dels àtoms de cada element tenen la mateixa càrrega elèctrica i la mateixa massa. Al mateix temps, la càrrega electrònica és elemental, és a dir, la càrrega elèctrica més petita possible.

És habitual distingir entre els electrons situats a les òrbites interiors de l'àtom i a les òrbites exteriors. Els electrons interiors es mantenen relativament estrets en les seves òrbites per forces intraatòmiques. Però els electrons exteriors es poden separar amb relativa facilitat de l'àtom i romandre lliures durant un temps o unir-se a un altre àtom. Les propietats químiques i elèctriques d'un àtom estan determinades pels electrons de les seves òrbites exteriors.

La magnitud de la càrrega positiva del nucli de l'àtom determina si l'àtom pertany a un determinat element químic. Un àtom (o molècula) és elèctricament neutre sempre que la suma de les càrregues negatives dels electrons sigui igual a la càrrega positiva del nucli. Però un àtom que ha perdut un o més electrons es carrega positivament a causa de l'excés de càrrega positiva del nucli. Es pot moure sota la influència de forces elèctriques (atractius o repulsius). Un àtom així és ió positiu… Un àtom que ha capturat l'excés d'electrons es converteix en ió negatiu.

El portador de càrrega positiva al nucli d'un àtom és protó... És una partícula elemental que serveix de nucli de l'àtom d'hidrogen. La càrrega positiva del protó és numèricament igual a la càrrega negativa de l'electró, però la massa del protó és 1836 vegades la massa de l'electró. Els nuclis dels àtoms, a més dels protons, també contenen neutrons, partícules que no tenen càrrega elèctrica. La massa d'un neutró és 1838 vegades la massa d'un electró.

Així, de les tres partícules elementals que formen els àtoms, només l'electró i el protó tenen càrregues elèctriques, però d'aquestes, només els electrons carregats negativament es poden moure fàcilment a l'interior de la substància, i les càrregues positives en condicions normals només es poden moure en el forma d'ions pesats, és a dir, transferència dels àtoms de la substància.

Es forma el moviment ordenat de les càrregues elèctriques, és a dir, un moviment que té una direcció predominant a l'espai electricitat… Partícules el moviment de les quals crea un corrent elèctric — els portadors de corrent en la majoria dels casos són electrons i molt menys sovint — ions.

Tenint en compte una certa imprecisió, és possible definir el corrent com el moviment dirigit de les càrregues elèctriques. Els portadors actuals poden moure's més o menys lliurement a la substància.

De cables s'anomenen substàncies que condueixen relativament bé el corrent. Tots els metalls són conductors, especialment la plata, el coure i l'alumini.

Conductivitat dels metalls s'explica pel fet que en ells alguns dels electrons exteriors estan separats dels àtoms. Els experiments positius resultants de la pèrdua d'aquests electrons estan connectats en una xarxa cristal·lina: un esquelet sòlid (iònic), en els espais del qual hi ha electrons lliures en forma d'una mena de gas d'electrons.

El camp elèctric extern més petit crea un corrent al metall, és a dir, obliga els electrons lliures a barrejar-se en la direcció de les forces elèctriques que actuen sobre ells. Els metalls es caracteritzen per disminució de la conductivitat amb l'augment de la temperatura.

Semiconductors condueix el corrent elèctric molt pitjor que els cables. Al nombre de semiconductors pertanyen un nombre molt gran de substàncies i les seves propietats són molt diverses. La conductivitat electrònica és característica dels semiconductors (és a dir, el corrent en ells es crea, com en els metalls, pel moviment dirigit d'electrons lliures, no d'ions) i, a diferència dels metalls, un augment de la conductivitat amb l'augment de la temperatura. En general, els semiconductors també es caracteritzen per una forta dependència de la seva conductivitat de les influències externes: radiació, pressió, etc.

Dielèctrics (aïllants) pràcticament no condueixen corrent. Un camp elèctric extern provoca npolarització d'àtoms, molècules o ions de dielèctricsdesplaçament sota l'acció d'un camp extern de les càrregues unides elàsticament que formen un àtom o molècula dielèctrica. El nombre d'electrons lliures en els dielèctrics és molt petit.

No podeu especificar límits durs entre conductors, semiconductors i dielèctrics. En els dispositius elèctrics, els cables serveixen com a camí per al moviment de les càrregues elèctriques, i els dielèctrics són necessaris per dirigir correctament aquest moviment.

El corrent elèctric es crea a causa de l'acció sobre càrregues de forces d'origen no electrostàtic, anomenades forces externes.Creen un camp elèctric al cable, que obliga les càrregues positives a moure's en la direcció de les forces de camp, i les càrregues negatives, els electrons, en sentit contrari.

És útil aclarir el concepte de moviment de translació dels electrons en els metalls. Els electrons lliures es troben en un estat de moviment aleatori a l'espai entre àtoms, en el moviment tèrmic invers de les molècules. L'estat tèrmic del cos és causat per col·lisions de molècules entre si i xocs d'electrons amb molècules.

L'electró xoca amb les molècules i canvia la direcció del seu moviment, però a poc a poc continua avançant, descrivint una corba molt complexa. El moviment a llarg termini de les partícules carregades en una direcció específica, superposat al seu moviment caòtic en diferents direccions, s'anomena deriva. Per tant, el corrent elèctric dels metalls, segons les opinions modernes, és una deriva de partícules carregades.