Purtătorii liber de sarcini electrice și materiale electrice
curent electric constant are loc atunci când un câmp electric (diferența de potențial) și purtătorii de sarcină liberi: particule pozitive și negative sau cvasi-particule. Atomii nu poate fi liber de purtător de sarcină, este electric neutru; dar, în cazul în care electroni sau mai mulți electroni abandoneze orbitele lor apar purtători de sarcină negative și pozitive. Pentru a scoate un electron dintr-un atom, aveți nevoie pentru a face energie; acest lucru poate fi energie termică, electrică, mecanică, reacție chimică.
Structura unui atom afectează conductivitatea electrică a unei substanțe
Atom - este un nucleu pozitiv masiv și norul de electroni. Conform legilor Microworld, norul de electroni al atomului nu poate fi uniform și haotic. Acesta este împărțit în așa-numita coajă, care este aplicată cu strictețe ierarhia stărilor cuantice.
Proprietățile atomului depinde de numărul de electroni în învelișul exterior acolo. Umplută complet coajă de electroni exterior gaze inerte. În condiții normale, acestea nu conduc electricitate. Dar, în cazul în care pentru a crea condiții speciale (de joasă presiune, tensiune mare), atomii pierd electroni, și un curent electric.
Atomii de metal sunt în învelișul exterior al unu la trei electroni, iar acești electroni în interiorul zăbrele de metal exterior ușor „zbura“ din orbite și formează „gazul de electroni“, oferind bună conductivitate electrică de metal.
Pentru producerea curentului electric în metal nu au nevoie de condiții suplimentare: gaz de electroni reacționează la cea mai mică milivolți măsurate de tensiune electrică, microvolți. Pe lângă metale adecvate pentru transmiterea curenți mari și tensiuni.
Elemente cu mai mult de trei electroni în învelișul exterior, se referă la nemetale, iar prezența celor patru elemente ale electronului dă tranziție specială de stare. Ei realizează curent, dar considerabil mai slabă decât metalele, iar conductivitatea lor și un mecanism diferit de „metalic.“
Metaloizi având cinci sau mai mulți electroni în învelișul exterior pentru a forma un grup de dielectrici. conductibilitatea lor în condiții normale, este foarte mică la tensiuni mici. Printre acestea sunt substanțe care fac un izolatori de încredere. Cu toate acestea, pentru fiecare punct al rigidității dielectrice izolator: Tensiunea maximă pe care se poate susține. Depășirea acestei tensiuni defalcare izolator duce la: electronii rupe departe de orbita atomii sunt distruse, și apare în canalul dielectric cu conductivitate electrică ridicată.
Electroni, protoni, ioni
Particulele care poartă o sarcină negativă - este electroni. Protonii au o sarcină pozitivă. Taxele de electroni și protoni au semne opuse, dar este exact egală în mărime. Dar, în greutate, aceste particule sunt foarte diferite: mai greu decât electroni, protoni 1800 de ori.
electronii mobili, vioi sunt purtători liberi de sarcină în mai multe materiale: metale, semiconductori, în medii gazoase.
Protonii ca particule individuale sunt purtători liberi de sarcină numai în plasmă la temperatură ridicată. În condițiile noastre obișnuite purtatori de sarcina sunt încărcate pozitiv în formă de ioni. Ion - un atom sau grup de atomi în care mai puțini electroni în norul de electroni decât protoni din nuclee.
Ionii pot fi purtători de sarcină liberi în medii lichide și gazoase. Într-un solid, atomii sunt ionizate bine fixat rețeaua cristalină.
metale Conductivitate: gaz de electroni
grilaj metalic creează forțe interne, contribuie la faptul că electronii din cochilii exterioare ale abandonat „lor“ de bază. Pentru tranziția lor de la o stare liberă, trecerea la banda de conducție, nu necesită un efort suplimentar.
În cazul în care un obiect metalic pentru a aplica un câmp electric - un curent va curge. Curentul electric - o sarcină electrică totală care trece prin secțiunea transversală a unui organism care efectuează într-o secundă.
Electronii sunt puse în mișcare de-a lungul întreaga lungime a conductorului, valorile curente măsurate sunt aceleași în orice secțiune.
Rețineți că actuala are loc instantaneu în jurul conductorului datorită răspândirii câmpului electric, dar purtatori de sarcina, electroni, se deplasează foarte încet.
La tensiuni joase, ei abia umbla, ciocnindu-se nucleul atomilor, mișcarea lor termică este mult mai intensă decât mișcarea ordonată a electrodului pozitiv.
Dacă metalul este încălzit, curentul scade. Acest lucru se datorează faptului că mișcarea termică a electronilor înșiși și ordonat zăbrele retardati mișcarea electronilor, cu alte cuvinte, cu o creștere a temperaturii metalului cu rezistență electrică crește și scade sale de conductivitate.
Curentul electric ridică temperatura metalului, este asociat cu acest val inițială a curentului electric în conductorul și reducerea ulterioară a acestuia. rece de metal are o rezistență redusă și trece un curent substanțial; dar acest curent încălzește metalul, rezistența crește, scade curente.
Curentul electric în semiconductori
Substanțele cu conductivitate slabă, sunt conductori săraci și izolatori săraci, au dobândit o importanță deosebită în epoca electronicii. Astfel de substanțe sunt numite semiconductori. Ei au o rezistență electrică ridicată, există un mic curent atunci când energizat. Odată cu creșterea temperaturii crește curent, deoarece în timpul încălzirii electronilor cu zăbrele cristaline mai ușor părăsi orbita lor.
Curentul în lămpile cu descărcare
Atomii gazelor inerte sunt puternice, nu este predispus să reacționeze chimic și să renunțe la electroni. Dar, sub influența unui câmp electric, norul de electroni este deformat, întins ... iar unele dintre electronii zbura de pe orbită.
Dacă gazele inerte conductivitate determinat numai acești electroni cu orbitele de zbor sub influența câmpului electric, lampa de descărcare nu aprinde la tensiuni electrice relativ scăzute. Cu toate acestea, electronii de conducție în argon, neon, lampi cu heliu mult mai mult!
Electronii au primit libertate sunt accelerați de câmpul electric și a avut loc pe atomi neutri, care de multe ori există un „knock-out“ noua orbita de electroni.
Aceste noi electroni accelerată și de a promova ionizarea noi atomi. Procesul preia caracterul unei avalanșe, curentul creste aproape imediat.
Lampa de descărcare are purtători de sarcină (electroni negativi l) și pozitivi (atomi ionizați). Ionii trece la electrodul negativ și sunt neutralizate pentru a obține electronii care lipsesc; electroni zbura spre electrodul pozitiv.
O creștere avalanșă în numărul de electroni liberi are loc în aer în timpul unei descărcării fulgere.
Curentul electric în lichide. Electroliza.
Lichidele sunt bune conducătoare de electricitate și non-conductive. Lube nu are o conductivitate electrică, benzină neconductive și cherosen. Dar apa - un bun conductor de curent electric, precum și mai multe săruri dizolvate în aceasta, cea mai mică rezistență.
Apă distilată are un număr redus de sarcini libere, ca o mică fracțiune din moleculele de apă sunt în „explodat“: ioni de hidrogen încărcați pozitiv (de fapt, un proton) și un grup încărcat negativ de atomi de hidrogen și oxigen într-o orbită cu „extra“ de electroni.
Dacă într-un vas cu apă pentru a se imersează electrozii, va efervescență. Acest lucru are loc după cum urmează: ionii de hidrogen trece la electrodul negativ, acesta proton primeste un electron cochilia, există un atom complet care reunește cu un alt atom de hidrogen pentru a forma o moleculă. Gazul de hidrogen este eliberat din apă.
Grupurile (OH) - pereche de atomi de oxigen și hidrogen ionizat, - trece la electrodul pozitiv. Acolo au pierdut captura de electroni în plus și oricare alt grup de hidrogen și sunt transformate într-o moleculă de apă, sau se dezintegrează - hidrogen completează o altă moleculă de apă și atomul de oxigen este reunit cu celălalt aceeași și plutește în sus. De exemplu, în electroliza apei, hidrogenul și oxigenul obținut.
Apa curată, distilată este slab conductor. Dar, în cazul în care se dizolvă sare de masă obișnuită, conductivitatea creste de mai multe ori. Moleculele de sare în soluție apoasă disociază în ioni pozitivi: sodiu și clor negativ. Trecerea curentului este însoțită de eliberarea de sodiu pur pe electrodul negativ, și clor gazos toxic - pe electrodul pozitiv.
Electroliza joacă un rol important în industrie: acesta este utilizat pentru acoperirea obiectelor cu o peliculă de metal, pentru metale pure. Dar este o industrie periculoasă, acesta afectează sănătatea lucrătorilor și starea mediului natural. Recent, ea deplasează alte tehnologii mai avansate.