Nosiče elektrického proudu

Elektřina je dnes obvykle definována jako „elektrické náboje a související elektromagnetická pole“. Samotná existence elektrických nábojů je odhalena jejich silným působením na jiné náboje. Prostor kolem každého náboje má zvláštní vlastnosti: působí v něm elektrické síly, které se projeví, když jsou do tohoto prostoru vneseny další náboje. Je to takový prostor silové elektrické pole.

Zatímco náboje jsou stacionární, prostor mezi nimi má vlastnosti elektrické (elektrostatické) pole… Ale když se nálože pohybují, jsou také kolem nich magnetické pole… Vlastnosti elektrického a magnetického pole uvažujeme odděleně, ale ve skutečnosti elektrické procesy vždy souvisí s existencí elektromagnetické pole.

Jako složky jsou zahrnuty nejmenší elektrické náboje atom... Atom je nejmenší část chemického prvku, která nese jeho chemické vlastnosti. Atom je velmi složitý systém. Většina jeho hmoty je soustředěna v jádru. Elektricky nabité elementární částice obíhají kolem nich po určitých drahách — elektrony.

Gravitační síly udržují planety v pohybu kolem Slunce na oběžné dráze a elektrony jsou přitahovány k jádru atomu elektrickými silami. Ze zkušenosti je známo, že se přitahují pouze opačné náboje. Proto náboje na jádře atomu a elektrony musí mít různé znaménko. Z historických důvodů je zvykem považovat náboj jádra za kladný a náboje elektronů za záporné.

Četné experimenty ukázaly, že elektrony atomů každého prvku mají stejný elektrický náboj a stejnou hmotnost. Elektronický náboj je přitom elementární, tedy nejmenší možný elektrický náboj.

Je obvyklé rozlišovat mezi elektrony umístěnými na vnitřních drahách atomu a na vnějších drahách. Vnitřní elektrony jsou na svých drahách drženy relativně pevně vnitroatomovými silami. Ale vnější elektrony se mohou relativně snadno odpojit od atomu a zůstat chvíli volné nebo se připojit k jinému atomu. Chemické a elektrické vlastnosti atomu jsou určeny elektrony na jeho vnějších drahách.

Velikost kladného náboje na atomovém jádru určuje, zda atom patří k určitému chemickému prvku. Atom (nebo molekula) je elektricky neutrální, pokud se součet záporných nábojů na elektronech rovná kladnému náboji na jádře. Ale atom, který ztratil jeden nebo více elektronů, se stává kladně nabitým kvůli přebytku kladného náboje na jádře. Může se pohybovat pod vlivem elektrických sil (přitažlivých nebo odpudivých). Takový atom je kladný iont… Atom, který zachytil přebytečné elektrony, se stává záporný iont.

Kladným nosičem náboje v jádře atomu je proton… Je to elementární částice, která slouží jako jádro atomu vodíku. Kladný náboj protonu se číselně rovná zápornému náboji elektronu, ale hmotnost protonu je 1836krát větší než hmotnost elektronu. Jádra atomů kromě protonů obsahují také neutrony — částice, které nemají elektrický náboj. Hmotnost neutronu je 1838krát větší než hmotnost elektronu.

Ze tří elementárních částic, které tvoří atomy, mají elektrický náboj pouze elektron a proton, z nichž se však uvnitř látky mohou snadno pohybovat pouze záporně nabité elektrony a kladné náboje se za normálních podmínek mohou pohybovat pouze v látce. forma těžkých iontů, tedy přenos atomů látky.

Vzniká uspořádaný pohyb elektrických nábojů, tedy pohyb, který má v prostoru převládající směr elektřina…částice, jejichž pohyb vytváří elektrický proud — nositeli proudu jsou ve většině případů elektrony a mnohem méně často — ionty.

S přihlédnutím k určité nepřesnosti je možné definovat proud jako řízený pohyb elektrických nábojů. Nosiče proudu se mohou v látce pohybovat více či méně volně.

Z drátů se nazývají látky, které relativně dobře vedou proud. Všechny kovy jsou vodiče, zejména stříbro, měď a hliník.

Vodivost kovů se vysvětluje tím, že v nich jsou některé vnější elektrony odděleny od atomů. Pozitivní experimenty vyplývající ze ztráty těchto elektronů jsou spojeny v krystalovou mřížku — pevnou (iontovou) kostru, v jejíchž prostorech jsou volné elektrony ve formě jakéhosi elektronového plynu.

Nejmenší vnější elektrické pole vytváří proud v kovu, to znamená, že nutí volné elektrony, aby se mísily ve směru elektrických sil, které na ně působí. Kovy se vyznačují pokles vodivosti s rostoucí teplotou.

Polovodiče vedou elektrický proud mnohem hůře než dráty. Do počtu polovodičů patří velmi velké množství látek a jejich vlastnosti jsou velmi rozmanité. Elektronická vodivost je charakteristická pro polovodiče (to znamená, že proud v nich vzniká stejně jako v kovech usměrněným pohybem volných elektronů - nikoli iontů) a na rozdíl od kovů nárůstem vodivosti s rostoucí teplotou. Obecně se také polovodiče vyznačují silnou závislostí jejich vodivosti na vnějších vlivech — záření, tlaku atd.

Dielektrika (izolátory) prakticky nevedou proud. Vnější elektrické pole způsobuje npolarizace atomů, molekul nebo iontů dielektrikposunutí působením vnějšího pole elasticky vázaných nábojů, které tvoří atom nebo molekulu dielektrika. Počet volných elektronů v dielektriku je velmi malý.

Nemůžete určit pevné hranice mezi vodiči, polovodiči a dielektriky. V elektrických zařízeních slouží dráty jako dráha pro pohyb elektrických nábojů a pro správné usměrnění tohoto pohybu je zapotřebí dielektrika.

Elektrický proud vzniká působením sil neelektrostatického původu, nazývaných vnější síly, na náboje.Vytvářejí v drátu elektrické pole, které nutí kladné náboje pohybovat se ve směru sil pole a záporné náboje, elektrony, v opačném směru.

Je užitečné objasnit pojem translačního pohybu elektronů v kovech. Volné elektrony jsou ve stavu náhodného pohybu v prostoru mezi atomy, při zpětném tepelném pohybu molekul. Tepelný stav tělesa je způsoben vzájemnými srážkami molekul a srážkami elektronů s molekulami.

Elektron se sráží s molekulami a mění směr svého pohybu, ale postupně pokračuje v pohybu vpřed a popisuje velmi složitou křivku. Dlouhodobý pohyb nabitých částic v jednom konkrétním směru, superponovaný na jejich chaotický pohyb v různých směrech, se nazývá jejich drift. Elektrický proud v kovech je tedy podle moderních názorů driftem nabitých částic.