Bärare av elektrisk ström

Elektricitet brukar idag definieras som "elektriska laddningar och tillhörande elektromagnetiska fält". Själva existensen av elektriska laddningar avslöjas av deras starka inverkan på andra laddningar. Utrymmet runt varje laddning har speciella egenskaper: elektriska krafter verkar i det, som manifesteras när andra laddningar introduceras i detta utrymme. Det är ett sådant utrymme kraft elektriskt fält.

Medan laddningarna är stationära har utrymmet mellan dem egenskaper elektriskt (elektrostatiskt) fält… Men när laddningarna rör sig, så finns det också runt dem magnetiskt fält… Vi betraktar de elektriska och magnetiska fältegenskaperna separat, men i verkligheten är elektriska processer alltid relaterade till existensen elektromagnetiskt fält.

De minsta elektriska laddningarna ingår som komponenter i atom... En atom är den minsta delen av ett kemiskt grundämne som har sina kemiska egenskaper. En atom är ett mycket komplext system. Det mesta av dess massa är koncentrerad i kärnan. Elektriskt laddade elementarpartiklar kretsar runt de senare i vissa banor — elektroner.

Gravitationskrafter håller planeterna i rörelse runt solen i banor, och elektroner attraheras till atomkärnan av elektriska krafter. Det är känt av erfarenhet att endast motsatta laddningar attraherar varandra. Därför måste laddningarna på atomkärnan och elektronerna vara olika i tecken. Av historiska skäl är det vanligt att tänka på kärnans laddning som positiv och elektronernas laddningar som negativa.

Många experiment har visat att elektronerna i atomerna i varje element har samma elektriska laddning och samma massa. Samtidigt är den elektroniska laddningen elementär, det vill säga minsta möjliga elektriska laddning.

Det är vanligt att skilja mellan elektronerna som finns i atomens inre banor och i de yttre banorna. De inre elektronerna hålls relativt tätt i sina banor av intraatomiska krafter. Men de yttre elektronerna kan relativt lätt lossna från atomen och förbli fria ett tag eller fästa vid en annan atom. De kemiska och elektriska egenskaperna hos en atom bestäms av elektronerna i dess yttre banor.

Storleken på den positiva laddningen på atomkärnan avgör om atomen tillhör ett visst kemiskt element. En atom (eller molekyl) är elektriskt neutral så länge summan av de negativa laddningarna på elektronerna är lika med den positiva laddningen på kärnan. Men en atom som har förlorat en eller flera elektroner blir positivt laddad på grund av den överdrivna positiva laddningen på kärnan. Den kan röra sig under påverkan av elektriska krafter (attraktiv eller frånstötande). En sådan atom är positiv jon… En atom som har fångat överskott av elektroner blir negativ jon.

Den positiva laddningsbäraren i en atoms kärna är proton… Det är en elementarpartikel som fungerar som kärnan i väteatomen. Protonens positiva laddning är numeriskt lika med elektronens negativa laddning, men protonens massa är 1836 gånger elektronens massa. Atomernas kärnor innehåller förutom protoner också neutroner - partiklar som inte har någon elektrisk laddning. En neutrons massa är 1838 gånger massan av en elektron.

Av de tre elementarpartiklarna som utgör atomerna är det alltså bara elektronen och protonen som har elektriska laddningar, men av dessa är det bara de negativt laddade elektronerna som lätt kan röra sig inuti ämnet, och de positiva laddningarna under normala förhållanden kan bara röra sig i form av tunga joner, det vill säga överföring av ämnets atomer.

Den ordnade rörelsen av elektriska laddningar bildas, det vill säga en rörelse som har en övervägande riktning i rymden elektricitet… Partiklar vars rörelse skapar en elektrisk ström — strömbärare i de flesta fall är elektroner och mycket mindre ofta — joner.

Med hänsyn till viss felaktighet är det möjligt att definiera ström som den riktade rörelsen av elektriska laddningar. Aktuella bärare kan röra sig mer eller mindre fritt i ämnet.

Från ledningar kallas ämnen som leder ström relativt bra. Alla metaller är ledare, speciellt silver, koppar och aluminium.

Ledningsförmåga av metaller förklaras av att i dem är några av de yttre elektronerna separerade från atomerna. De positiva experimenten som är resultatet av förlusten av dessa elektroner är anslutna i ett kristallgitter - ett fast (joniskt) skelett, i vars utrymmen det finns fria elektroner i form av en slags elektrongas.

Det minsta yttre elektriska fältet skapar en ström i metallen, det vill säga tvingar de fria elektronerna att blandas i riktning mot de elektriska krafter som verkar på dem. Metaller kännetecknas av minskad konduktivitet med stigande temperatur.

Halvledare leder elektrisk ström mycket sämre än ledningar. Ett mycket stort antal ämnen hör till antalet halvledare och deras egenskaper är mycket olika. Elektronisk ledningsförmåga är karakteristisk för halvledare (det vill säga strömmen i dem skapas, som i metaller, genom den riktade rörelsen av fria elektroner - inte joner) och, till skillnad från metaller, en ökning av ledningsförmågan med ökande temperatur. I allmänhet kännetecknas halvledare också av ett starkt beroende av deras ledningsförmåga på yttre påverkan - strålning, tryck, etc.

Dielektrika (isolatorer) de leder praktiskt taget inte ström. Ett externt elektriskt fält orsakar npolarisering av atomer, molekyler eller joner av dielektrikaförskjutning under inverkan av ett yttre fält av de elastiskt bundna laddningarna som utgör en atom eller dielektrisk molekyl. Antalet fria elektroner i dielektrikum är mycket litet.

Du kan inte ange hårda gränser mellan ledare, halvledare och dielektrikum. I elektriska enheter tjänar ledningar som en väg för rörelse av elektriska laddningar, och dielektrikum behövs för att korrekt styra denna rörelse.

Elektrisk ström skapas på grund av verkan på laddningar av krafter av icke-elektrostatiskt ursprung, kallade yttre krafter.De skapar ett elektriskt fält i tråden, som tvingar de positiva laddningarna att röra sig i fältkrafternas riktning och de negativa laddningarna, elektronerna, i motsatt riktning.

Det är användbart att förtydliga begreppet translationell rörelse av elektroner i metaller. Fria elektroner befinner sig i ett tillstånd av slumpmässig rörelse i utrymmet mellan atomer, i omvänd termisk rörelse av molekyler. Kroppens termiska tillstånd orsakas av kollisioner av molekyler med varandra och kollisioner av elektroner med molekyler.

Elektronen kolliderar med molekyler och ändrar riktningen för dess rörelse, men fortsätter gradvis att röra sig framåt, vilket beskriver en mycket komplex kurva. Den långvariga rörelsen av laddade partiklar i en specifik riktning, överlagrad på deras kaotiska rörelse i olika riktningar, kallas deras drift. Således är den elektriska strömmen i metaller, enligt moderna åsikter, en drift av laddade partiklar.