Milyen anyagok vezetik az elektromosságot
Mint ismeretes, az elektromos töltéshordozók rendezett mozgását elektromos áramnak nevezzük. Az elektronok ilyen töltéshordozóként működhetnek – fémekben, félvezetőkben és gázokban; ionok – elektrolitokban és gázokban; a félvezetőkben pedig a lyukak elektromos töltéshordozóként is működnek – az atomok kitöltetlen vegyértékkötései, amelyek nagysága megegyezik az elektron töltésével, de pozitív töltéssel.
Feltéve a kérdést, hogy milyen anyagok vezetnek elektromosság, először is azon kell találgatnunk, hogy mi okozza az áramot, nevezetesen, hogy bizonyos anyagokban vannak-e töltött részecskék. Itt nem vesszük figyelembe az előfeszítő áramot, mivel ez nem vezetési áram, ezért nem tartozik közvetlenül ehhez a kérdéshez.
Igaz, a fémek az elektromos áram fő vezetői az összes modern elektrotechnikában. A fémekre jellemző a vegyértékelektronok, vagyis az atomok külső energiaszintjeinek elektronjainak gyenge kapcsolata ezen atomok magjaival.
És pontosan ezeknek a kötéseknek a gyengesége miatt, amikor valamilyen okból potenciálkülönbség lép fel a vezetőben (örvényes elektromos tér vagy alkalmazott feszültség), ezek az elektronok lavinában kezdenek mozogni egyik vagy másik irányba, a vezetési elektronok a vezető belsejében mozognak. kristályrács, mint «elektronikus gáz» mozgás.
A fémvezetők jellemző képviselői: réz, alumínium, volfrám.
A lista lejjebb - félvezetők… A félvezetők, mivel képesek elektromos áramot vezetni, egy közbenső helyet foglalnak el a vezetők, például a rézhuzalok és a dielektrikumok, például a plexi között. Itt egy elektron egyszerre két atomhoz kötődik – az atomok kovalens kötésben vannak egymással –, ezért ahhoz, hogy bármely egyes elektron mozgásba lendüljön, áramot hozva létre, először energiát kell kapnia ahhoz, hogy felismerje távozási képességét. az atom te vagy
Például egy félvezetőt fel lehet melegíteni, és az elektronok egy része elkezdi elhagyni az atomját, azaz az áram létezésének feltétele - szabad hordozók - elektronok és lyukak - jelennek meg a kristályrácsban (azon a helyen, ahol az elektron távozott, először marad egy üres tér pozitív töltéssel - egy lyuk, amelyet aztán egy másik atom elektronja foglal el). A tiszta félvezetők kiemelkedő képviselői: germánium, szilícium, bór. Itt nem a kapcsolatokat nézzük.
Az elektrolitok a bennük lévő szabad töltéshordozók miatt áramvezetésre is képesek. De az elektrolitok a második típusú vezetők. Az elektrolitokban lévő szabad töltéshordozók ionok (a pozitív ionokat kationoknak, a negatív ionokat anionoknak nevezzük).
Kationok és anionok keletkeznek itt a savak, bázisok, bázisok oldataiban vagy olvadékaiban elektrolitikus disszociációs folyamata (a molekulák részekre - különálló ionokra való bomlása) következtében. A disszociációval egyidejűleg az ionok újra összekapcsolódnak a molekulákkal – ezt nevezik dinamikus egyensúlynak az elektrolitban. Az elektrolitra példa a kénsav 40%-os vizes oldata.
Végül a plazma – egy ionizált gáz – az anyag aggregációjának negyedik állapota.A plazmában az elektromos töltést elektronok, valamint kationok és anionok hordozzák, amelyek akkor képződnek, amikor a gázt hevítik, vagy ha röntgen- vagy ultraibolya sugárzásnak teszik ki. , vagy más sugárzás (vagy fűtés és sugárzás hatására). A plazma kvázi semleges, vagyis benne kis térfogatban a teljes töltés mindenhol egyenlő nullával. De a gázrészecskék mobilitása miatt a plazma továbbra is képes elektromos áramot vezetni.
A plazma elvileg leárnyékolja a külső elektromos teret, mivel ez a tér választja el benne a töltéseket, de a töltéshordozók hőmozgása miatt kis léptékben a plazma kvázi-semlegessége sérül. és a plazma gyakorlatilag elnyeri az elektromos áram vezetésének képességét . Az univerzum minden csillagközi tere plazmával van tele, és maguk a csillagok is plazmából állnak.