Mga carrier ng electric current

Ang kuryente ngayon ay karaniwang tinutukoy bilang "mga singil sa kuryente at nauugnay na mga electromagnetic field". Ang mismong pag-iral ng mga singil sa kuryente ay ipinahayag ng kanilang malakas na pagkilos sa iba pang mga singil. Ang puwang sa paligid ng bawat singil ay may mga espesyal na katangian: kumikilos ang mga puwersa ng kuryente sa loob nito, na makikita kapag ang ibang mga singil ay ipinakilala sa puwang na ito. Napakalawak nito puwersahang electric field.

Habang ang mga singil ay nakatigil, ang espasyo sa pagitan ng mga ito ay may mga katangian electric (electrostatic) field… Ngunit kapag gumagalaw na ang mga singil, mayroon ding nakapaligid sa kanila magnetic field… Isinasaalang-alang namin ang mga katangian ng electric at magnetic field nang hiwalay, ngunit sa katotohanan ang mga prosesong elektrikal ay palaging nauugnay sa pagkakaroon electromagnetic field.

Ang pinakamaliit na singil sa kuryente ay kasama bilang mga bahagi sa atom... Ang atom ay ang pinakamaliit na bahagi ng elementong kemikal na nagdadala ng mga katangiang kemikal nito. Ang atom ay isang napakakomplikadong sistema. Karamihan sa masa nito ay puro sa core. Ang mga elementong elementarya na may kuryente ay umiikot sa huli sa ilang partikular na orbit — mga electron.

Ang mga puwersa ng gravitational ay nagpapanatili sa mga planeta na gumagalaw sa paligid ng Araw sa mga orbit, at ang mga electron ay naaakit sa nucleus ng atom sa pamamagitan ng mga puwersang elektrikal. Ito ay kilala mula sa karanasan na ang magkasalungat na singil lamang ang umaakit sa isa't isa. Samakatuwid, ang mga singil sa nucleus ng atom at ang mga electron ay dapat magkaiba sa tanda. Para sa makasaysayang mga kadahilanan, kaugalian na isipin ang singil ng nucleus bilang positibo at ang mga singil ng mga electron bilang negatibo.

Maraming mga eksperimento ang nagpakita na ang mga electron ng mga atomo ng bawat elemento ay may parehong electric charge at parehong masa. Kasabay nito, ang elektronikong singil ay elementarya, iyon ay, ang pinakamaliit na posibleng singil sa kuryente.

Nakaugalian na makilala ang mga electron na matatagpuan sa mga panloob na orbit ng atom at sa mga panlabas na orbit. Ang mga panloob na electron ay medyo mahigpit na hawak sa kanilang mga orbit sa pamamagitan ng mga pwersang intraatomic. Ngunit ang mga panlabas na electron ay medyo madaling makahiwalay sa atom at mananatiling libre ng ilang sandali o nakakabit sa isa pang atom. Ang mga kemikal at elektrikal na katangian ng isang atom ay tinutukoy ng mga electron sa mga panlabas na orbit nito.

Ang magnitude ng positibong singil sa nucleus ng atom ay tumutukoy kung ang atom ay kabilang sa isang tiyak na elemento ng kemikal. Ang isang atom (o molekula) ay neutral sa kuryente hangga't ang kabuuan ng mga negatibong singil sa mga electron ay katumbas ng positibong singil sa nucleus. Ngunit ang isang atom na nawalan ng isa o higit pang mga electron ay nagiging positibong sisingilin dahil sa labis na positibong singil sa nucleus. Maaari itong gumalaw sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersang elektrikal (kaakit-akit o kasuklam-suklam). Ang gayong atom ay positibong ion… Ang isang atom na nakakuha ng labis na mga electron ay nagiging negatibong ion.

Ang positive charge carrier sa nucleus ng isang atom ay proton… Ito ay isang elementarya na particle na nagsisilbing nucleus ng hydrogen atom. Ang positibong singil ng proton ay ayon sa bilang na katumbas ng negatibong singil ng elektron, ngunit ang masa ng proton ay 1836 beses ang masa ng elektron. Ang nuclei ng mga atom, bilang karagdagan sa mga proton, ay naglalaman din ng mga neutron — mga particle na walang singil sa kuryente. Ang masa ng isang neutron ay 1838 beses ang masa ng isang elektron.

Kaya, sa tatlong elementarya na mga particle na bumubuo sa mga atomo, tanging ang electron at ang proton lamang ang may mga singil sa kuryente. Ngunit sa mga ito, ang mga electron na may negatibong charge lamang ang madaling makagalaw sa loob ng substance, at ang mga positibong singil sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay maaari lamang lumipat sa anyo ng mabibigat na ion, iyon ay, paglilipat ng mga atomo ng sangkap.

Ang iniutos na paggalaw ng mga singil sa kuryente ay nabuo, iyon ay, isang kilusan na may nangingibabaw na direksyon sa kalawakan kuryente… Mga particle na ang paggalaw ay lumilikha ng electric current — kasalukuyang carrier sa karamihan ng mga kaso ay mga electron at mas madalas - ions.

Nagbibigay-daan para sa ilang kamalian, posibleng tukuyin ang kasalukuyang bilang ang nakadirekta na paggalaw ng mga singil sa kuryente. Ang mga kasalukuyang carrier ay maaaring gumalaw nang higit pa o mas malaya sa sangkap.

Mula sa mga wire ay tinatawag na mga sangkap na nagsasagawa ng kasalukuyang medyo mahusay. Ang lahat ng mga metal ay konduktor, lalo na ang pilak, tanso, at aluminyo.

Conductivity ng mga metal ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na sa kanila ang ilan sa mga panlabas na electron ay nahihiwalay mula sa mga atomo. Ang mga positibong eksperimento na nagreresulta mula sa pagkawala ng mga electron na ito ay konektado sa isang kristal na sala-sala - isang solid (ionic) skeleton, sa mga puwang kung saan mayroong mga libreng electron sa anyo ng isang uri ng electron gas.

Ang pinakamaliit na panlabas na electric field ay lumilikha ng isang kasalukuyang sa metal, iyon ay, pinipilit ang mga libreng electron na maghalo sa direksyon ng mga puwersang elektrikal na kumikilos sa kanila. Ang mga metal ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagbaba ng conductivity sa pagtaas ng temperatura.

Mga semiconductor magsagawa ng electric current na mas masahol pa kaysa sa mga wire. Ang isang napakalaking bilang ng mga sangkap ay nabibilang sa bilang ng mga semiconductor at ang kanilang mga katangian ay lubhang magkakaibang. Ang electronic conductivity ay katangian ng mga semiconductors (iyon ay, ang kasalukuyang nasa kanila ay nilikha, tulad ng sa mga metal, sa pamamagitan ng direktang paggalaw ng mga libreng electron - hindi mga ions) at, hindi katulad ng mga metal, isang pagtaas sa kondaktibiti na may pagtaas ng temperatura. Sa pangkalahatan, ang mga semiconductor ay nailalarawan din ng isang malakas na pag-asa ng kanilang kondaktibiti sa mga panlabas na impluwensya - radiation, presyon, atbp.

Mga dielectric (mga insulator) halos hindi sila nagsasagawa ng kasalukuyang. Ang panlabas na electric field ay nagdudulot ng npolariseysyon ng mga atomo, molekula o ion ng dielectricsdisplacement sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na field ng elastically bound charges na bumubuo sa isang atom o dielectric molecule. Ang bilang ng mga libreng electron sa dielectrics ay napakaliit.

Hindi mo maaaring tukuyin ang matitigas na hangganan sa pagitan ng mga conductor, semiconductors, at dielectrics. Sa mga de-koryenteng aparato, ang mga wire ay nagsisilbing daan para sa paggalaw ng mga singil sa kuryente, at kailangan ang mga dielectric upang maayos na maidirekta ang paggalaw na ito.

Ang electric current ay nilikha dahil sa pagkilos sa mga singil ng mga puwersa ng hindi electrostatic na pinagmulan, na tinatawag na panlabas na pwersa.Lumilikha sila ng isang electric field sa wire, na pinipilit ang mga positibong singil na lumipat sa direksyon ng mga puwersa ng field, at ang mga negatibong singil, ang mga electron, sa kabaligtaran na direksyon.

Ito ay kapaki-pakinabang upang linawin ang konsepto ng translational motion ng mga electron sa mga metal. Ang mga libreng electron ay nasa isang estado ng random na paggalaw sa espasyo sa pagitan ng mga atomo, sa reverse thermal na paggalaw ng mga molekula. Ang thermal state ng katawan ay sanhi ng banggaan ng mga molekula sa isa't isa at banggaan ng mga electron sa mga molekula.

Ang electron ay bumangga sa mga molekula at binabago ang direksyon ng paggalaw nito, ngunit unti-unting patuloy na sumusulong, na naglalarawan ng isang napakakomplikadong kurba. Ang pangmatagalang paggalaw ng mga sisingilin na particle sa isang tiyak na direksyon, na nakapatong sa kanilang magulong paggalaw sa iba't ibang direksyon, ay tinatawag na kanilang drift. Kaya, ang electric current sa mga metal, ayon sa mga modernong pananaw, ay isang drift ng mga sisingilin na particle.