Nosiče elektrického prúdu

Elektrina sa dnes zvyčajne definuje ako „elektrické náboje a súvisiace elektromagnetické polia“. Samotnú existenciu elektrických nábojov prezrádza ich silné pôsobenie na iné náboje. Priestor okolo každého náboja má špeciálne vlastnosti: pôsobia v ňom elektrické sily, ktoré sa prejavia, keď sa do tohto priestoru vnesú ďalšie náboje. Je to taký priestor silové elektrické pole.

Kým sú náboje nehybné, priestor medzi nimi má vlastnosti elektrické (elektrostatické) pole... Ale keď sa nálože pohybujú, sú aj okolo nich magnetické pole... Vlastnosti elektrického a magnetického poľa uvažujeme oddelene, ale v skutočnosti elektrické procesy vždy súvisia s existenciou elektromagnetického poľa.

Najmenšie elektrické náboje sú zahrnuté ako zložky v atóm... Atóm je najmenšia časť chemického prvku, ktorá nesie jeho chemické vlastnosti. Atóm je veľmi zložitý systém. Väčšina jeho hmoty je sústredená v jadre. Elektricky nabité elementárne častice obiehajú okolo nich po určitých dráhach — elektróny.

Gravitačné sily udržujú planéty v pohybe okolo Slnka na obežných dráhach a elektróny sú priťahované k jadru atómu elektrickými silami. Zo skúseností je známe, že iba opačné náboje sa navzájom priťahujú. Preto náboje na jadre atómu a elektrónoch musia mať odlišné znamienko. Z historických dôvodov je zvykom považovať náboj jadra za kladný a náboj elektrónov za záporný.

Početné experimenty ukázali, že elektróny atómov každého prvku majú rovnaký elektrický náboj a rovnakú hmotnosť. Elektronický náboj je zároveň elementárny, teda najmenší možný elektrický náboj.

Je obvyklé rozlišovať medzi elektrónmi umiestnenými na vnútorných dráhach atómu a na vonkajších dráhach. Vnútorné elektróny sú relatívne pevne držané na svojich dráhach vnútroatómovými silami. Vonkajšie elektróny sa však môžu relatívne ľahko oddeliť od atómu a zostať chvíľu voľné alebo sa pripojiť k inému atómu. Chemické a elektrické vlastnosti atómu sú určené elektrónmi na jeho vonkajších dráhach.

Veľkosť kladného náboja na jadre atómu určuje, či atóm patrí k určitému chemickému prvku. Atóm (alebo molekula) je elektricky neutrálny, pokiaľ sa súčet záporných nábojov na elektrónoch rovná kladnému náboju v jadre. Ale atóm, ktorý stratil jeden alebo viac elektrónov, sa stáva kladne nabitým kvôli nadmernému kladnému náboju v jadre. Môže sa pohybovať pod vplyvom elektrických síl (atraktívnych alebo odpudivých). Takýto atóm je kladný ión... Atóm, ktorý zachytil prebytočné elektróny, sa stáva záporný ión.

Kladný nosič náboja v jadre atómu je protón… Je to elementárna častica, ktorá slúži ako jadro atómu vodíka. Kladný náboj protónu sa číselne rovná zápornému náboju elektrónu, ale hmotnosť protónu je 1836-krát väčšia ako hmotnosť elektrónu. Jadrá atómov okrem protónov obsahujú aj neutróny — častice, ktoré nemajú elektrický náboj. Hmotnosť neutrónu je 1838-krát väčšia ako hmotnosť elektrónu.

Teda z troch elementárnych častíc, ktoré tvoria atómy, majú elektrický náboj iba elektrón a protón, z ktorých sa však vo vnútri látky môžu ľahko pohybovať iba záporne nabité elektróny a kladné náboje sa za normálnych podmienok môžu pohybovať iba vo vnútri látky. forma ťažkých iónov, teda prenos atómov látky.

Vzniká usporiadaný pohyb elektrických nábojov, teda pohyb, ktorý má v priestore prevládajúci smer elektriny…častice, ktorých pohyb vytvára elektrický prúd — nosičmi prúdu sú vo väčšine prípadov elektróny a oveľa menej často - ióny.

S prihliadnutím na určitú nepresnosť je možné definovať prúd ako usmernený pohyb elektrických nábojov. Súčasné nosiče sa môžu v látke pohybovať viac-menej voľne.

Z drôtov sa nazývajú látky, ktoré relatívne dobre vedú prúd. Všetky kovy sú vodičmi, najmä striebro, meď a hliník.

Vodivosť kovov sa vysvetľuje tým, že v nich sú niektoré vonkajšie elektróny oddelené od atómov. Pozitívne experimenty vyplývajúce zo straty týchto elektrónov sú spojené v kryštálovej mriežke — pevnej (iónovej) kostre, v ktorej priestoroch sa nachádzajú voľné elektróny vo forme akéhosi elektrónového plynu.

Najmenšie vonkajšie elektrické pole vytvára prúd v kove, to znamená, že núti voľné elektróny, aby sa miešali v smere elektrických síl, ktoré na ne pôsobia. Kovy sa vyznačujú tým pokles vodivosti so zvyšujúcou sa teplotou.

Polovodiče vedú elektrický prúd oveľa horšie ako drôty. Do počtu polovodičov patrí veľmi veľké množstvo látok a ich vlastnosti sú veľmi rôznorodé. Elektronická vodivosť je charakteristická pre polovodiče (to znamená, že prúd v nich vzniká, podobne ako v kovoch, usmerneným pohybom voľných elektrónov - nie iónov) a na rozdiel od kovov so zvyšujúcou sa teplotou nárast vodivosti. Vo všeobecnosti sa polovodiče vyznačujú aj silnou závislosťou ich vodivosti od vonkajších vplyvov — žiarenia, tlaku atď.

Dielektrika (izolátory) prakticky nevedú prúd. Vonkajšie elektrické pole spôsobuje npolarizácia atómov, molekúl alebo iónov dielektrikaposunutie pôsobením vonkajšieho poľa elasticky viazaných nábojov, ktoré tvoria atóm alebo molekulu dielektrika. Počet voľných elektrónov v dielektrikách je veľmi malý.

Nemôžete určiť pevné hranice medzi vodičmi, polovodičmi a dielektrikami. V elektrických zariadeniach slúžia drôty ako dráha pre pohyb elektrických nábojov a na správne usmernenie tohto pohybu sú potrebné dielektrika.

Elektrický prúd vzniká pôsobením síl neelektrostatického pôvodu, nazývaných vonkajšie sily, na náboje.Vytvárajú v drôte elektrické pole, ktoré núti kladné náboje pohybovať sa v smere síl poľa a záporné náboje, elektróny, v opačnom smere.

Je užitočné objasniť pojem translačný pohyb elektrónov v kovoch. Voľné elektróny sú v stave náhodného pohybu v priestore medzi atómami, pri spätnom tepelnom pohybe molekúl. Tepelný stav telesa je spôsobený vzájomnými zrážkami molekúl a zrážkami elektrónov s molekulami.

Elektrón sa zráža s molekulami a mení smer svojho pohybu, ale postupne pokračuje v pohybe vpred, pričom opisuje veľmi zložitú krivku. Dlhodobý pohyb nabitých častíc v jednom špecifickom smere, ktorý sa prekrýva s ich chaotickým pohybom v rôznych smeroch, sa nazýva ich drift. Elektrický prúd v kovoch je teda podľa moderných názorov drift nabitých častíc.