Elektrik akımı taşıyıcıları

Elektrik bugün genellikle "elektrik yükleri ve ilgili elektromanyetik alanlar" olarak tanımlanır. Elektrik yüklerinin varlığı, diğer yükler üzerindeki güçlü etkileriyle ortaya çıkar. Her yükün etrafındaki boşluğun özel özellikleri vardır: İçinde, bu boşluğa başka yükler sokulduğunda ortaya çıkan elektrik kuvvetleri hareket eder. öyle bir boşluk ki kuvvet elektrik alanı.

Yükler durağanken, aralarındaki boşluk bazı özelliklere sahiptir. elektrik (elektrostatik) alan… Ama yükler hareket ederken, o zaman etraflarında da var. manyetik alan… Elektrik ve manyetik alan özelliklerini ayrı ayrı ele alıyoruz, ancak gerçekte elektriksel süreçler her zaman varoluşla ilgilidir. elektromanyetik alan.

En küçük elektrik yükleri bileşen olarak dahil edilmiştir. atom... Atom, kimyasal bir elementin kimyasal özelliklerini taşıyan en küçük parçasıdır. Atom çok karmaşık bir sistemdir. Kütlesinin çoğu çekirdekte yoğunlaşmıştır. Elektrik yüklü temel parçacıklar, belirli yörüngelerde ikincisinin etrafında döner - elektronlar.

Yerçekimi kuvvetleri, gezegenlerin Güneş etrafında yörüngelerde hareket etmesini sağlar ve elektronlar, elektrik kuvvetleri tarafından atomun çekirdeğine çekilir. Sadece zıt yüklerin birbirini çektiği deneyimlerden bilinmektedir. Bu nedenle, atom çekirdeğindeki ve elektronlardaki yüklerin işaretleri farklı olmalıdır. Tarihsel nedenlerden dolayı, çekirdeğin yükünün pozitif, elektronların yüklerinin ise negatif olduğunu düşünmek adettendir.

Çok sayıda deney, her elementin atomlarının elektronlarının aynı elektrik yüküne ve aynı kütleye sahip olduğunu göstermiştir. Aynı zamanda, elektronik yük temeldir, yani mümkün olan en küçük elektrik yüküdür.

Atomun iç yörüngelerinde ve dış yörüngelerde bulunan elektronları birbirinden ayırmak adettendir. İç elektronlar, atom içi kuvvetler tarafından yörüngelerinde nispeten sıkı tutulur. Ancak dış elektronlar nispeten kolayca atomdan ayrılabilir ve bir süre serbest kalabilir veya başka bir atoma bağlanabilir. Bir atomun kimyasal ve elektriksel özellikleri, dış yörüngelerindeki elektronlar tarafından belirlenir.

Atom çekirdeğindeki pozitif yükün büyüklüğü, atomun belirli bir kimyasal elemente ait olup olmadığını belirler. Bir atom (veya molekül), elektronlar üzerindeki negatif yüklerin toplamı çekirdeğin üzerindeki pozitif yüke eşit olduğu sürece elektriksel olarak nötrdür. Ancak bir veya daha fazla elektron kaybetmiş bir atom, çekirdeğindeki aşırı pozitif yük nedeniyle pozitif yüklü hale gelir. Elektrik kuvvetlerinin (çekici veya itici) etkisi altında hareket edebilir. Böyle bir atom pozitif iyon… Fazla elektronları yakalayan bir atom, negatif iyon.

Bir atomun çekirdeğindeki pozitif yük taşıyıcısı proton… Hidrojen atomunun çekirdeği olarak hizmet eden temel bir parçacıktır. Protonun pozitif yükü sayısal olarak elektronun negatif yüküne eşittir, ancak protonun kütlesi elektronun kütlesinin 1836 katıdır. Atomların çekirdeği, protonlara ek olarak, elektrik yükü olmayan nötronlar da içerir. Bir nötronun kütlesi, bir elektronun kütlesinin 1838 katıdır.

Böylece atomları oluşturan üç temel parçacıktan sadece elektron ve protonun elektrik yükü vardır, fakat bunlardan sadece negatif yüklü elektronlar madde içinde rahatlıkla hareket edebilir ve normal koşullarda pozitif yükler sadece atomun içinde hareket edebilir. ağır iyonların şekli, yani maddenin atomlarının transferi.

Elektrik yüklerinin düzenli hareketi, yani uzayda baskın bir yönü olan bir hareket oluşur. elektrik… Hareketi elektrik akımı oluşturan parçacıklar — akım taşıyıcıları çoğu durumda elektronlardır ve çok daha az sıklıkla iyonlardır.

Bazı yanlışlıklara izin vererek, akımı elektrik yüklerinin yönlendirilmiş hareketi olarak tanımlamak mümkündür. Mevcut taşıyıcılar, madde içinde az ya da çok serbestçe hareket edebilir.

tellerden akımı nispeten iyi ileten maddelere denir. Tüm metaller, özellikle gümüş, bakır ve alüminyum iletkendir.

metallerin iletkenliği içlerinde bazı dış elektronların atomlardan ayrılmasıyla açıklanır. Bu elektronların kaybından kaynaklanan pozitif deneyler, boşluklarında bir tür elektron gazı biçiminde serbest elektronların bulunduğu katı (iyonik) bir iskelet olan kristal bir kafese bağlanır.

En küçük dış elektrik alanı metalde bir akım oluşturur, yani serbest elektronları üzerlerine etki eden elektrik kuvvetleri yönünde karışmaya zorlar. Metaller ile karakterize edilir artan sıcaklıkla iletkenlikte azalma.

yarı iletkenler elektrik akımını tellerden çok daha kötü iletir. Çok sayıda madde yarı iletkenlere aittir ve özellikleri çok çeşitlidir. Elektronik iletkenlik, yarı iletkenlerin karakteristiğidir (yani, içlerindeki akım, metallerde olduğu gibi, iyonların değil, serbest elektronların yönlendirilmiş hareketi ile oluşturulur) ve metallerin aksine, artan sıcaklıkla iletkenlikte bir artış. Genel olarak, yarı iletkenler ayrıca iletkenliklerinin dış etkilere (radyasyon, basınç vb.)

Dielektrikler (izolatörler) pratikte akım iletmezler. Harici bir elektrik alanı n'ye neden olurdielektriklerin atomlarının, moleküllerinin veya iyonlarının polarizasyonubir atom veya dielektrik molekülü oluşturan elastik olarak bağlı yüklerin bir dış alanının etkisi altında yer değiştirme. Dielektriklerdeki serbest elektronların sayısı çok azdır.

İletkenler, yarı iletkenler ve dielektrikler arasında kesin sınırlar belirleyemezsiniz. Elektrikli cihazlarda teller, elektrik yüklerinin hareketi için bir yol görevi görür ve bu hareketi uygun şekilde yönlendirmek için dielektriklere ihtiyaç vardır.

Elektrik akımı, dış kuvvetler adı verilen elektrostatik olmayan kuvvetlerin yükleri üzerindeki etkisi nedeniyle oluşur.Telde, pozitif yükleri alan kuvvetleri yönünde ve negatif yükler olan elektronları ters yönde hareket etmeye zorlayan bir elektrik alanı oluştururlar.

Metallerdeki elektronların öteleme hareketi kavramını açıklığa kavuşturmak yararlıdır. Serbest elektronlar, moleküllerin ters termal hareketinde, atomlar arasındaki boşlukta rastgele hareket halindedir. Vücudun termal durumu, moleküllerin birbirleriyle çarpışmalarından ve elektronların moleküllerle çarpışmalarından kaynaklanır.

Elektron moleküllerle çarpışır ve hareket yönünü değiştirir, ancak çok karmaşık bir eğri tanımlayarak yavaş yavaş ilerlemeye devam eder. Yüklü parçacıkların farklı yönlerdeki kaotik hareketlerinin üzerine eklenen belirli bir yöndeki uzun vadeli hareketlerine sürüklenmeleri denir. Bu nedenle, modern görüşlere göre metallerdeki elektrik akımı, yüklü parçacıkların bir sürüklenmesidir.