Ποιες ουσίες άγουν τον ηλεκτρισμό

Όπως γνωρίζετε, η διατεταγμένη κίνηση των φορέων ηλεκτρικού φορτίου ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να δράσουν ως τέτοιοι φορείς φορτίου—σε μέταλλα, ημιαγωγούς και αέρια. ιόντα — σε ηλεκτρολύτες και αέρια. Και στους ημιαγωγούς, οι οπές λειτουργούν επίσης ως φορείς ηλεκτρικού φορτίου—απλήρωτοι δεσμοί σθένους σε άτομα ίσα σε μέγεθος με το φορτίο ηλεκτρονίων, αλλά με θετικό φορτίο.

Θέτοντας το ερώτημα ποιες ουσίες συμπεριφέρονται ηλεκτρική ενέργεια, θα πρέπει να κάνουμε εικασίες για το τι προκαλεί το ρεύμα αρχικά, δηλαδή για την παρουσία φορτισμένων σωματιδίων σε ορισμένες ουσίες. Δεν θα εξετάσουμε εδώ το ρεύμα πόλωσης, καθώς δεν είναι ρεύμα αγωγιμότητας και επομένως δεν σχετίζεται άμεσα με αυτό το ερώτημα.

Σωστά, τα μέταλλα είναι οι κύριοι αγωγοί του ηλεκτρικού ρεύματος σε όλη τη σύγχρονη ηλεκτρική μηχανική. Τα μέταλλα χαρακτηρίζονται από μια ασθενή σύνδεση των ηλεκτρονίων σθένους, δηλαδή των ηλεκτρονίων των εξωτερικών ενεργειακών επιπέδων των ατόμων, με τους πυρήνες αυτών των ατόμων.

Και ακριβώς λόγω της αδυναμίας αυτών των δεσμών, όταν εμφανίζεται μια διαφορά δυναμικού στον αγωγό για κάποιο λόγο (δινοηλεκτρικό πεδίο ή εφαρμοζόμενη τάση), αυτά τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να κινούνται σε μια χιονοστιβάδα προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση, τα ηλεκτρόνια αγωγιμότητας κινούνται μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα, ως κίνηση «ηλεκτρονικού αερίου».

Τυπικοί εκπρόσωποι μεταλλικών αγωγών: χαλκός, αλουμίνιο, βολφράμιο.

Πιο κάτω στη λίστα - ημιαγωγών… Οι ημιαγωγοί, στην ικανότητά τους να φέρουν ηλεκτρικό ρεύμα, καταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση μεταξύ αγωγών όπως τα χάλκινα σύρματα και τα διηλεκτρικά όπως το πλεξιγκλάς. Εδώ, ένα ηλεκτρόνιο είναι συνδεδεμένο με δύο άτομα ταυτόχρονα — τα άτομα βρίσκονται σε ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ τους — επομένως, για να αρχίσει κάθε μεμονωμένο ηλεκτρόνιο που θεωρείται ότι αρχίζει να κινείται, δημιουργώντας ρεύμα, πρέπει πρώτα να λάβει ενέργεια για να συνειδητοποιήσει την ικανότητά του να φύγει το άτομο που είσαι

Για παράδειγμα, ένας ημιαγωγός μπορεί να θερμανθεί και μερικά από τα ηλεκτρόνια θα αρχίσουν να φεύγουν από τα άτομά τους, δηλαδή θα υπάρχει προϋπόθεση για την ύπαρξη ρεύματος — ελεύθεροι φορείς — ηλεκτρόνια και οπές — θα εμφανιστούν στο κρυσταλλικό πλέγμα (στο σημείο όπου έφυγε το ηλεκτρόνιο, πρώτα παραμένει ένας κενός χώρος με θετικό φορτίο — μια οπή, η οποία στη συνέχεια καταλαμβάνεται από ένα ηλεκτρόνιο από άλλο άτομο) . Εξέχοντες εκπρόσωποι των καθαρών ημιαγωγών είναι: το γερμάνιο, το πυρίτιο, το βόριο. Δεν εξετάζουμε τις σχέσεις εδώ.

Οι ηλεκτρολύτες είναι επίσης ικανοί να μεταφέρουν ρεύμα λόγω της παρουσίας ελεύθερων φορέων φορτίου σε αυτούς. Αλλά οι ηλεκτρολύτες είναι αγωγοί του δεύτερου είδους. Οι φορείς ελεύθερου φορτίου στους ηλεκτρολύτες είναι ιόντα (τα θετικά ιόντα ονομάζονται κατιόντα, τα αρνητικά ιόντα ονομάζονται ανιόντα).

Τα κατιόντα και τα ανιόντα σχηματίζονται εδώ λόγω της διαδικασίας ηλεκτρολυτικής διάστασης (διάσπαση των μορίων σε μέρη — σε ξεχωριστά ιόντα) οξέων, βάσεων, βάσεων στα διαλύματά τους ή τα τήγματα τους. Ταυτόχρονα με τη διάσταση, τα ιόντα επανασυνδέονται με μόρια - αυτό ονομάζεται δυναμική ισορροπία στον ηλεκτρολύτη. Ένα παράδειγμα ηλεκτρολύτη είναι ένα διάλυμα θειικού οξέος 40% σε νερό.

Τέλος, το πλάσμα — ένα ιονισμένο αέριο — είναι η τέταρτη κατάσταση συσσωμάτωσης της ύλης. Στο πλάσμα, το ηλεκτρικό φορτίο μεταφέρεται από ηλεκτρόνια, καθώς και από κατιόντα και ανιόντα που σχηματίζονται όταν το αέριο θερμαίνεται ή όταν εκτίθεται σε ακτίνες Χ, υπεριώδη , ή άλλη ακτινοβολία (ή υπό τη δράση θέρμανσης και ακτινοβολίας) . Το πλάσμα είναι σχεδόν ουδέτερο, δηλαδή μέσα του σε μικρούς όγκους το συνολικό φορτίο είναι παντού ίσο με μηδέν. Αλλά λόγω της κινητικότητας των σωματιδίων του αερίου, το πλάσμα εξακολουθεί να είναι σε θέση να μεταφέρει ηλεκτρισμό.

Κατ 'αρχήν, το πλάσμα προστατεύει το εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο, καθώς τα φορτία διαχωρίζονται σε αυτό από αυτό το πεδίο, αλλά λόγω του γεγονότος ότι υπάρχει η θερμική κίνηση των φορέων φορτίου, σε μικρές κλίμακες παραβιάζεται η οιονεί ουδετερότητα του πλάσματος και το πλάσμα αποκτά πρακτικά την ικανότητα να διεξάγει ηλεκτρικό ρεύμα . Όλος ο διαστρικός χώρος στο σύμπαν είναι γεμάτος με πλάσμα και τα ίδια τα αστέρια είναι φτιαγμένα από πλάσμα.