Електропровідність

Відео: Електропровідність

електропровідність - здатність речовини проводити електричний струм.
Електропровідність виникає в електричному полі.
Електропровідність властива всім речовинам, але для того, щоб вона була значною, необхідно, щоб в речовині були вільні заряди.
Електропровідністю також називають питому електропровідність - кількісну міру цієї здатності.
Питома електропровідність обернено пропорційна питомому опору.
Питома електропровідність зазвичай позначається грецькою буквою? і вимірюється в системі СІ в Сіменса на метр, в СГС розмірність електропровідності - зворотна секунда (с -1). Вона встановлює зв`язок між щільністю струму і напруженістю електричного поля





У загальному випадку питома електропровідність є тензором другого рангу, але в для багатьох речовин цей тензор зводиться до скаляра.
Поняття питомої електропровідності можна застосовувати тоді, коли виконується закон Ома. У багатьох неоднорідних системах закон Ома несправедливий, і навіть при дуже малих прикладених полях, залежність струму від напруги нелінійна.
Електропровідність обумовлена переважним рухом заряджених частинок, носіїв заряду в напрямку електричного поля. Носіями заряду можуть бути електрони, дірки або іони. Для забезпечення провідності носії заряду повинні бути вільними.
В електричному полі на носій заряду діє сила , Де q - заряд, а - Напруженість електричного поля. Під дією цієї сили носій заряду прискорюється і набирає енергію. Однак це прискорення не безмежне. Перешкодити йому стають зіткнення з іншими носіями заряду, іонами або нейтральними атомами. Під час таких зіткнень енергія електрона розсіюється і перетворюється в тепло. Проходження струму через речовину завжди супроводжується виділенням тепла. Величина електропровідності залежить, таким чином, не тільки від концентрації вільних носіїв заряду і напруженості поля, але і від частоти зіткнень носіїв заряду, яка описується так званої довжиною вільного пробігу.


З квантовомеханічною точки зору визначальними факторами для провідності також є акти розсіювання - зіткнення носіїв заряду з різними дефектами структури. Одним з висновків зонної теорії стверджує, що вільні квазічастинки - електрони і дірки, що рухаються через ідеальний кристал, як крізь вакуум, не чуючи присутності іонів у вузлах кристалічної решітки. Розсіювання носіїв заряду відбувається на дефектах кристалічної решітки: атомах домішки, атомах кристала, зміщених зі свого становища завдяки тепловим коливанням, т. Важливу роль у визначенні провідності відіграє принцип заборони Паулі, який забороняє носіям заряду переходити в стану, зайняті іншими носіями заряду того ж роду.
Провідність різних середовищ лежить в дуже широких межах - від нескінченно малої до нескінченно великою. Нескінченно малу провідність має вакуум, в якому відсутні заряджені частинки, нескінченно велику - надпровідники. Залежно від величини провідності матеріали ділять на провідники й ізолятори. Проміжну позицію між цими двома групами займають напівпровідники.
Провідність різних середовищ
У вакуумі відсутні електричні заряди, тому його провідність нескінченно мала. Однак, якщо инжектировать електрони в вакуум, то він стає добрим провідником. Це явище використовується в вакуумних лампах. Електрони в них инжектируются в вакуум з нагрітого катода завдяки явищу термоелектронної емісії. Провідність вакууму обмежена утворенням області просторового заряду - негативно зарядженої електронної хмари між катодом і анодом, яка чинить перепони вильоту електронів з катода.
Як і в вакуумі, в газах зазвичай немає вільних носіїв заряду. Їх можна инжектировать з катода. Однак при своєму русі до анода інжектовано в газ електрони відчувають зіткнень з атомами газу і розсіюються. З одного боку це зменшує провідність, але з іншого боку, електрони, розігнані електричним полем до високих швидкостей, можуть іонізувати атоми газу, вибиваючи з них електрони і створюючи позитивні іони. Нові електрони і іони рухаються до анода або катода, відповідно, збільшуючи електричний струм. Залежно від прикладеної напруги і хімічного складу газу ці явища призводять до виникнення ряду різних типів газових розрядів, розшарування проміжку між анодом і катодом на зони з різними властивостями, т.
Більшість рідин не мають вільних носіїв заряду і є діелектриками. Виняток становлять електроліти, наприклад вода або розчини солей у воді. В електролітах частина нейтральних молекул дисоціює, утворюючи негативно і позитивно заряджені іони. Електропровідність електролітів обумовлена рухом цих іонів до анода і катода, відповідно. На анод і катод іони відновлюються або окислюються, вступають в хімічні реакції. Все це призводить до виникнення різних гальванічних ефектів.
В металах є вільні носії зарядів - електрони. Зонна структура металів характеризується наполовину заповненою валентною зоною. Однак лише електрони з енергіями близькими до рівня хімічного потенціалу можуть прискорюватися електричним полем. На шляху прискорення електронів з меншою енергією стає принцип заборони Паулі. Таким чином, в провідність вносять вклад тільки електрони з енергіями, що лежать в проміжку (K

Увага, тільки СЬОГОДНІ!