Porteurs de courant électrique

Aujourd'hui, l'électricité est généralement définie comme "les charges électriques et les champs électromagnétiques associés". L'existence même des charges électriques est révélée par leur forte action sur d'autres charges. L'espace autour de chaque charge a des propriétés particulières : des forces électriques y agissent, qui se manifestent lorsque d'autres charges sont introduites dans cet espace. C'est un tel espace forcer le champ électrique.

Tant que les charges sont stationnaires, l'espace entre elles a des propriétés champ électrique (électrostatique)… Mais quand les charges bougent, alors il y a aussi autour d'elles champ magnétique… Nous considérons les propriétés des champs électriques et magnétiques séparément, mais en réalité les processus électriques sont toujours liés à l'existence Champ électromagnétique.

Les plus petites charges électriques sont incluses en tant que composants dans atome... Un atome est la plus petite partie d'un élément chimique qui porte ses propriétés chimiques. Un atome est un système très complexe. La majeure partie de sa masse est concentrée dans le noyau. Les particules élémentaires chargées électriquement tournent autour de ces dernières sur certaines orbites — électrons.

Les forces gravitationnelles maintiennent les planètes en mouvement autour du Soleil sur des orbites, et les électrons sont attirés vers le noyau de l'atome par des forces électriques. On sait par expérience que seules les charges opposées s'attirent. Par conséquent, les charges sur le noyau de l'atome et les électrons doivent être de signe différent. Pour des raisons historiques, il est d'usage de considérer la charge du noyau comme positive et les charges des électrons comme négatives.

De nombreuses expériences ont montré que les électrons des atomes de chaque élément ont la même charge électrique et la même masse. En même temps, la charge électronique est élémentaire, c'est-à-dire la plus petite charge électrique possible.

Il est d'usage de distinguer les électrons situés dans les orbites internes de l'atome et dans les orbites externes. Les électrons internes sont maintenus relativement étroitement dans leurs orbites par des forces intraatomiques. Mais les électrons externes peuvent relativement facilement se détacher de l'atome et rester libres pendant un certain temps ou s'attacher à un autre atome. Les propriétés chimiques et électriques d'un atome sont déterminées par les électrons dans ses orbites externes.

L'ampleur de la charge positive sur le noyau de l'atome détermine si l'atome appartient à un certain élément chimique. Un atome (ou une molécule) est électriquement neutre tant que la somme des charges négatives des électrons est égale à la charge positive du noyau. Mais un atome qui a perdu un ou plusieurs électrons devient chargé positivement en raison de l'excès de charge positive sur le noyau. Il peut se déplacer sous l'influence de forces électriques (attractives ou répulsives). Un tel atome est ions positifs… Un atome qui a capturé des électrons en excès devient ions négatifs.

Le porteur de charge positif dans le noyau d'un atome est proton… C'est une particule élémentaire qui sert de noyau à l'atome d'hydrogène. La charge positive du proton est numériquement égale à la charge négative de l'électron, mais la masse du proton est 1836 fois la masse de l'électron. Les noyaux des atomes, en plus des protons, contiennent également des neutrons - des particules qui n'ont pas de charge électrique. La masse d'un neutron est 1838 fois la masse d'un électron.

Ainsi, des trois particules élémentaires qui composent les atomes, seuls l'électron et le proton ont des charges électriques, mais de ceux-ci, seuls les électrons chargés négativement peuvent facilement se déplacer à l'intérieur de la substance, et les charges positives dans des conditions normales ne peuvent se déplacer que dans le forme d'ions lourds, c'est-à-dire transfert des atomes de la substance.

Le mouvement ordonné des charges électriques est formé, c'est-à-dire un mouvement qui a une direction prédominante dans l'espace électricité… Particules dont le mouvement crée un courant électrique — les porteurs de courant sont dans la plupart des cas des électrons et beaucoup moins souvent — des ions.

En tenant compte d'une certaine imprécision, il est possible de définir le courant comme le mouvement dirigé des charges électriques. Les porteurs de courant peuvent se déplacer plus ou moins librement dans la substance.

À partir de fils sont appelées substances qui conduisent relativement bien le courant. Tous les métaux sont conducteurs, en particulier l'argent, le cuivre et l'aluminium.

Conductivité des métaux s'explique par le fait qu'en eux certains des électrons extérieurs sont séparés des atomes. Les expériences positives résultant de la perte de ces électrons sont connectées dans un réseau cristallin - un squelette solide (ionique), dans les espaces duquel se trouvent des électrons libres sous la forme d'une sorte de gaz d'électrons.

Le plus petit champ électrique externe crée un courant dans le métal, c'est-à-dire force les électrons libres à se mélanger dans le sens des forces électriques agissant sur eux. Les métaux se caractérisent par diminution de la conductivité avec l'augmentation de la température.

Semi-conducteurs conduire le courant électrique bien pire que les fils. Un très grand nombre de substances appartiennent au nombre de semi-conducteurs et leurs propriétés sont très diverses. La conductivité électronique est caractéristique des semi-conducteurs (c'est-à-dire que le courant qu'ils contiennent est créé, comme dans les métaux, par le mouvement dirigé d'électrons libres - et non d'ions) et, contrairement aux métaux, une augmentation de la conductivité avec l'augmentation de la température. En général, les semi-conducteurs se caractérisent également par une forte dépendance de leur conductivité aux influences extérieures - rayonnement, pression, etc.

Diélectriques (isolants) ils ne conduisent pratiquement pas de courant. Un champ électrique externe provoque npolarisation d'atomes, de molécules ou d'ions de diélectriquesdéplacement sous l'action d'un champ extérieur des charges liées élastiquement qui composent un atome ou une molécule diélectrique. Le nombre d'électrons libres dans les diélectriques est très faible.

Vous ne pouvez pas spécifier de limites dures entre les conducteurs, les semi-conducteurs et les diélectriques. Dans les appareils électriques, les fils servent de chemin pour le mouvement des charges électriques, et des diélectriques sont nécessaires pour diriger correctement ce mouvement.

Le courant électrique est créé par l'action sur les charges de forces d'origine non électrostatique, appelées forces externes.Ils créent un champ électrique dans le fil, qui force les charges positives à se déplacer dans le sens des forces de champ, et les charges négatives, les électrons, dans le sens opposé.

Il est utile de clarifier le concept de mouvement de translation des électrons dans les métaux. Les électrons libres sont dans un état de mouvement aléatoire dans l'espace entre les atomes, dans le mouvement thermique inverse des molécules. L'état thermique du corps est causé par des collisions de molécules entre elles et des collisions d'électrons avec des molécules.

L'électron entre en collision avec des molécules et change la direction de son mouvement, mais continue progressivement à avancer, décrivant une courbe très complexe. Le mouvement à long terme des particules chargées dans une direction spécifique, superposé à leur mouvement chaotique dans différentes directions, est appelé leur dérive. Ainsi, le courant électrique dans les métaux, selon les conceptions modernes, est une dérive de particules chargées.