• Главная
  • Свободные носители электрических зарядов и электропроводность веществ — fizikatyt

Свободные носители электрических зарядов и электропроводность веществ — fizikatyt

Постоянный электрический ток возникает, если имеется электрическое поле (разность потенциалов) и свободные носители зарядов: положительные и отрицательные частицы или квазичастицы. Атом не может быть свободным носителем заряда, он электрически нейтрален; но если электрон или несколько электронов покинут свои орбиты, появляются отрицательные и положительные носители заряда. Чтобы оторвать электрон от атома, нужно приложить энергию; это может быть тепловая, электрическая, механическая энергия, химическаяреакция.

Свойства атома зависят от того, сколько электронов имеется на внешней оболочке. Полностью заполнена внешняя электронная оболочка у инертных газов. В нормальных условиях они не проводят ток. Но если создать особые условия (пониженное давление, высокое электрическое напряжение), атомы теряют электроны, и возникает электрический ток.

Элементы, имеющие более трех электронов на внешней оболочке, относятся к неметаллам, причем наличие четырех электронов придает элементам особый переходной статус. Они проводят ток, но значительно слабее, чем металлы, и механизм проводимости и них отличается от «металлического».

Неметаллы, имеющие пять и более электронов на внешней оболочке, образуют группу диэлектриков. Их проводимость в нормальных условиях, при небольших  напряжениях очень мала. Среди них есть вещества, из которых делают надежные изоляторы. Однако для каждого изолятора указывают электрическую прочность: максимальное напряжение, которое он может выдержать. Превышение этого напряжения ведет к пробою изолятора: электроны  срываются с орбит, атомы разрушаются, и в диэлектрике появляется канал с высокой электропроводностью.

Подвижные, юркие электроны являются свободными носителями заряда во многих веществах: металлах, полупроводниках, в газообразных средах.

Протоны, как отдельные частицы, являются свободными носителями заряда только в высокотемпературной плазме. В привычных нам условиях положительно заряженные носители свободного заряда существуют в виде ионов. Ион – это атом или группа атомов, у которых меньше электронов в электронном облаке, чем протонов в ядрах.

Ионы могут быть свободными носителями заряда в жидких и газообразных средах. В твердом теле ионизированные атомы прочно удерживаются кристаллической решеткой.