Elektriskās strāvas nesēji

Mūsdienās elektroenerģiju parasti definē kā "elektriskos lādiņus un ar tiem saistītos elektromagnētiskos laukus". Pašu elektrisko lādiņu esamību atklāj to spēcīgā iedarbība uz citiem lādiņiem. Telpai ap katru lādiņu ir īpašas īpašības: tajā darbojas elektriskie spēki, kas izpaužas, kad šajā telpā tiek ievadīti citi lādiņi. Tā ir tāda telpa spēka elektriskais lauks.

Kamēr lādiņi ir nekustīgi, telpai starp tām ir īpašības elektriskais (elektrostatiskais) lauks… Bet, kad lādiņi kustas, tad ir arī ap tiem magnētiskais lauks… Mēs aplūkojam elektriskā un magnētiskā lauka īpašības atsevišķi, bet patiesībā elektriskie procesi vienmēr ir saistīti ar esamību elektromagnētiskais lauks.

Mazākie elektriskie lādiņi ir iekļauti kā komponenti atoms... Atoms ir mazākā ķīmiskā elementa daļa, kas nes tās ķīmiskās īpašības. Atoms ir ļoti sarežģīta sistēma. Lielākā daļa tās masas ir koncentrēta kodolā. Elektriski lādētas elementārdaļiņas griežas ap tām noteiktās orbītās — elektroni.

Gravitācijas spēki uztur planētas kustībā ap Sauli orbītās, un elektronus pievelk atoma kodols ar elektrisko spēku palīdzību. No pieredzes zināms, ka viens otru pievelk tikai pretēji lādiņi. Tāpēc atoma kodola un elektronu lādiņiem ir jāatšķiras pēc zīmes. Vēsturisku iemeslu dēļ ir pieņemts uzskatīt kodola lādiņu par pozitīvu un elektronu lādiņu par negatīvu.

Daudzi eksperimenti ir parādījuši, ka katra elementa atomu elektroniem ir vienāds elektriskais lādiņš un vienāda masa. Tajā pašā laikā elektroniskais lādiņš ir elementārs, tas ir, mazākais iespējamais elektriskais lādiņš.

Ir ierasts atšķirt elektronus, kas atrodas atoma iekšējās orbītās un ārējās orbītās. Iekšējos elektronus savās orbītās notur intraatomiskie spēki. Bet ārējie elektroni var salīdzinoši viegli atdalīties no atoma un kādu laiku palikt brīvi vai pievienoties citam atomam. Atoma ķīmiskās un elektriskās īpašības nosaka elektroni tā ārējās orbītās.

Atoma kodola pozitīvā lādiņa lielums nosaka, vai atoms pieder noteiktam ķīmiskajam elementam. Atoms (vai molekula) ir elektriski neitrāls, kamēr elektronu negatīvo lādiņu summa ir vienāda ar kodola pozitīvo lādiņu. Bet atoms, kurš ir zaudējis vienu vai vairākus elektronus, kļūst pozitīvi uzlādēts, jo kodolā ir pārmērīgs pozitīvs lādiņš. Tas var pārvietoties elektrisku spēku (pievilcīgu vai atgrūdošu) ietekmē. Tāds atoms ir pozitīvais jons… Atoms, kas ir notvēris lieko elektronu, kļūst negatīvs jons.

Pozitīvais lādiņa nesējs atoma kodolā ir protonu… Tā ir elementāra daļiņa, kas kalpo kā ūdeņraža atoma kodols. Protona pozitīvais lādiņš skaitliski ir vienāds ar elektrona negatīvo lādiņu, bet protona masa ir 1836 reizes lielāka par elektrona masu. Atomu kodolos papildus protoniem ir arī neitroni - daļiņas, kurām nav elektriskā lādiņa. Neitrona masa ir 1838 reizes lielāka par elektrona masu.

Tādējādi no trim elementārdaļiņām, kas veido atomus, elektriskais lādiņš ir tikai elektronam un protonam, bet no tiem tikai negatīvi lādētie elektroni var viegli pārvietoties vielā, un pozitīvie lādiņi normālos apstākļos var kustēties tikai smago jonu forma, tas ir, vielas atomu pārnešana.

Tiek veidota sakārtota elektrisko lādiņu kustība, tas ir, kustība, kurai ir dominējošais virziens telpā elektrība… Daļiņas, kuru kustība rada elektrisko strāvu — strāvas nesēji vairumā gadījumu ir elektroni un daudz retāk — joni.

Pieļaujot dažas neprecizitātes, strāvu var definēt kā elektrisko lādiņu virzītu kustību. Strāvas nesēji vielā var pārvietoties vairāk vai mazāk brīvi.

No vadiem sauc par vielām, kas salīdzinoši labi vada strāvu. Visi metāli ir vadītāji, īpaši sudrabs, varš un alumīnijs.

Metālu vadītspēja ir izskaidrojams ar to, ka tajos daži ārējie elektroni ir atdalīti no atomiem. Šo elektronu zuduma rezultātā iegūtie pozitīvie eksperimenti ir savienoti kristāla režģī - cietā (jonu) skeletā, kura telpās atrodas brīvie elektroni sava veida elektronu gāzes veidā.

Mazākais ārējais elektriskais lauks rada metālā strāvu, tas ir, liek brīvajiem elektroniem sajaukties uz tiem iedarbojošo elektrisko spēku virzienā. Metālus raksturo vadītspējas samazināšanās, palielinoties temperatūrai.

Pusvadītāji vadīt elektrisko strāvu daudz sliktāk nekā vadi. Ļoti liels skaits vielu pieder pie pusvadītāju skaita, un to īpašības ir ļoti dažādas. Elektroniskā vadītspēja ir raksturīga pusvadītājiem (tas ir, strāva tajos, tāpat kā metālos, tiek radīta brīvo elektronu, nevis jonu virzītas kustības rezultātā) un atšķirībā no metāliem vadītspējas palielināšanās, palielinoties temperatūrai. Kopumā pusvadītājiem ir raksturīga arī spēcīga to vadītspējas atkarība no ārējām ietekmēm - starojuma, spiediena utt.

Dielektriķi (izolatori) tie praktiski nevada strāvu. Ārējais elektriskais lauks izraisa ndielektriķu atomu, molekulu vai jonu polarizācijaelastīgi saistīto lādiņu, kas veido atomu vai dielektrisko molekulu, pārvietošanās ārējā lauka ietekmē. Brīvo elektronu skaits dielektriķos ir ļoti mazs.

Jūs nevarat norādīt stingras robežas starp vadītājiem, pusvadītājiem un dielektriķiem. Elektriskās ierīcēs vadi kalpo kā ceļš elektrisko lādiņu kustībai, un, lai pareizi vadītu šo kustību, ir nepieciešami dielektriķi.

Elektriskā strāva rodas, iedarbojoties uz neelektrostatiskas izcelsmes spēku lādiņiem, ko sauc par ārējiem spēkiem.Tie rada vadā elektrisko lauku, kas liek pozitīvajiem lādiņiem virzīties lauka spēku virzienā, bet negatīvajiem – elektroniem – pretējā virzienā.

Ir lietderīgi precizēt elektronu translācijas kustības jēdzienu metālos. Brīvie elektroni atrodas nejaušas kustības stāvoklī telpā starp atomiem, molekulu apgrieztā termiskā kustībā. Ķermeņa termisko stāvokli izraisa molekulu sadursmes savā starpā un elektronu sadursmes ar molekulām.

Elektrons saduras ar molekulām un maina savas kustības virzienu, bet pamazām turpina virzīties uz priekšu, aprakstot ļoti sarežģītu līkni. Lādētu daļiņu ilgstoša kustība vienā noteiktā virzienā, kas ir uzlikta to haotiskajai kustībai dažādos virzienos, tiek saukta par to dreifēšanu. Tādējādi elektriskā strāva metālos, saskaņā ar mūsdienu uzskatiem, ir lādētu daļiņu dreifs.