Mitkä aineet johtavat sähköä
Kuten tiedät, sähkövarauksenkuljettajien järjestettyä liikettä kutsutaan sähkövirraksi. Elektronit voivat toimia sellaisina varauksen kantajina – metalleissa, puolijohteissa ja kaasuissa; ionit — elektrolyyteissä ja kaasuissa; ja puolijohteissa reiät toimivat myös sähkövarauksen kantajina – atomeissa on täyttämättömiä valenssisidoksia, jotka ovat yhtä suuria kuin elektronin varaus, mutta joilla on positiivinen varaus.
Kysymys mitä aineet käyttäytyvät sähköä, meidän on spekuloitava siitä, mikä aiheuttaa virran alun perin, nimittäin varautuneiden hiukkasten läsnäolosta tietyissä aineissa. Emme käsittele bias-virtaa tässä, koska se ei ole johtavuusvirta eikä siten ole suoraan relevantti tämän kysymyksen kannalta.
Aivan, metallit ovat pääasiallisia sähkövirran johtimia kaikessa nykyaikaisessa sähkötekniikassa. Metalleille on ominaista valenssielektronien eli atomien ulkoisten energiatasojen elektronien heikko yhteys näiden atomien ytimiin.
Ja juuri näiden sidosten heikkouden vuoksi, kun johtimessa jostain syystä (pyörresähkökenttä tai jännite) ilmenee potentiaaliero, nämä elektronit alkavat liikkua lumivyörynä yhteen tai toiseen suuntaan, johtavuuselektronit liikkuvat johtimen sisällä. kidehila, "elektronisen kaasun" liikkeenä.
Tyypillisiä metallijohtimien edustajia: kupari, alumiini, volframi.
Alempana listassa - puolijohteet… Puolijohteet, koska niiden kyky johtaa sähkövirtaa, on väliasemassa johtimien, kuten kuparilankojen, ja eristeiden, kuten pleksilasin, välissä. Tässä yksi elektroni on sidottu kahteen atomiin kerralla – atomit ovat kovalenttisissa sidoksissa toistensa kanssa – siksi, jotta mikä tahansa yksittäinen elektroni, jonka katsotaan alkavan liikkua ja luoda virtaa, sen on ensin saatava energiaa ymmärtääkseen kykynsä lähteä. atomi olet
Esimerkiksi puolijohde voidaan lämmittää ja osa elektroneista alkaa lähteä atomeistaan, eli syntyy virran olemassaolon ehto — vapaita kantajia — elektroneja ja reikiä — ilmestyy kidehilaan (paikassa, josta elektroni lähti, jää ensin tyhjä tila positiivisella varauksella — reikä, jonka sitten miehittää elektroni toisesta atomista) . Puhtaiden puolijohteiden merkittäviä edustajia ovat: germanium, pii, boori. Emme tarkastele ihmissuhteita täällä.
Elektrolyytit pystyvät myös johtamaan virtaa, koska niissä on vapaita varauksenkuljettajia. Mutta elektrolyytit ovat toisen tyyppisiä johtimia. Elektrolyyttien vapaat varauksenkantajat ovat ioneja (positiivisia ioneja kutsutaan kationeiksi, negatiivisia ioneja kutsutaan anioneiksi).
Kationeja ja anioneja muodostuu täällä happojen, emästen, emästen liuoksissa tai sulaissa elektrolyyttisen dissosiaatioprosessin (molekyylien hajoaminen osiin - erillisiksi ioneiksi) vuoksi. Samanaikaisesti dissosioitumisen kanssa ionit yhdistyvät uudelleen molekyyleihin - tätä kutsutaan elektrolyytin dynaamiseksi tasapainoksi. Esimerkki elektrolyytistä on 40-prosenttinen rikkihapon vesiliuos.
Lopuksi plasma — ionisoitu kaasu — on aineen neljäs aggregaatiotila.Plasmassa sähkövarausta kuljettavat elektronit sekä kationit ja anionit, jotka muodostuvat kaasua kuumennettaessa tai kun se altistuu röntgen- tai ultraviolettisäteilylle. tai muuta säteilyä (tai lämmityksen ja säteilyn vaikutuksesta). Plasma on lähes neutraali, eli sen sisällä pieninä tilavuuksina kokonaisvaraus on kaikkialla yhtä suuri kuin nolla. Mutta kaasuhiukkasten liikkuvuuden vuoksi plasma pystyy edelleen johtamaan sähköä.
Periaatteessa plasma suojaa ulkoista sähkökenttää, koska varaukset erotetaan siinä, mutta koska varauskantajien lämpöliikettä esiintyy, pienissä mittakaavassa plasman kvasineutraalisuus rikotaan. ja plasma saa käytännössä kyvyn johtaa sähkövirtaa. Kaikki universumin tähtienvälinen avaruus on täynnä plasmaa, ja itse tähdet on tehty plasmasta.