Träger elektrischen Stroms

Elektrizität wird heute üblicherweise als „elektrische Ladungen und damit verbundene elektromagnetische Felder“ definiert. Die Existenz elektrischer Ladungen wird durch ihre starke Wirkung auf andere Ladungen deutlich. Der Raum um jede Ladung hat besondere Eigenschaften: In ihm wirken elektrische Kräfte, die sich manifestieren, wenn andere Ladungen in diesen Raum eingebracht werden. Es ist so ein Raum elektrisches Feld erzwingen.

Während die Ladungen stationär sind, weist der Raum zwischen ihnen Eigenschaften auf elektrisches (elektrostatisches) Feld… Aber wenn sich die Ladungen bewegen, dann gibt es auch um sie herum Magnetfeld… Wir betrachten die elektrischen und magnetischen Feldeigenschaften getrennt, aber in Wirklichkeit hängen elektrische Prozesse immer mit der Existenz zusammen elektromagnetisches Feld.

Die kleinsten elektrischen Ladungen sind als Komponenten enthalten Atom... Ein Atom ist der kleinste Teil eines chemischen Elements, der seine chemischen Eigenschaften trägt. Ein Atom ist ein sehr komplexes System. Der größte Teil seiner Masse ist im Kern konzentriert. Um letztere kreisen elektrisch geladene Elementarteilchen auf bestimmten Bahnen – Elektronen.

Gravitationskräfte sorgen dafür, dass sich die Planeten auf Umlaufbahnen um die Sonne bewegen, und Elektronen werden durch elektrische Kräfte vom Atomkern angezogen. Aus Erfahrung ist bekannt, dass sich nur entgegengesetzte Ladungen gegenseitig anziehen. Daher müssen die Ladungen am Atomkern und an den Elektronen ein unterschiedliches Vorzeichen haben. Aus historischen Gründen ist es üblich, sich die Ladung des Kerns als positiv und die Ladung der Elektronen als negativ vorzustellen.

Zahlreiche Experimente haben gezeigt, dass die Elektronen der Atome jedes Elements die gleiche elektrische Ladung und die gleiche Masse haben. Gleichzeitig ist die elektronische Ladung elementar, also die kleinstmögliche elektrische Ladung.

Es ist üblich, zwischen den Elektronen zu unterscheiden, die sich in den inneren Bahnen des Atoms und in den äußeren Bahnen befinden. Die inneren Elektronen werden durch intraatomare Kräfte relativ fest in ihren Bahnen gehalten. Die äußeren Elektronen können sich jedoch relativ leicht vom Atom lösen und eine Zeit lang frei bleiben oder sich an ein anderes Atom anlagern. Die chemischen und elektrischen Eigenschaften eines Atoms werden durch die Elektronen in seinen äußeren Bahnen bestimmt.

Die Größe der positiven Ladung am Atomkern bestimmt, ob das Atom zu einem bestimmten chemischen Element gehört. Ein Atom (oder Molekül) ist elektrisch neutral, solange die Summe der negativen Ladungen der Elektronen der positiven Ladung des Kerns entspricht. Aber ein Atom, das ein oder mehrere Elektronen verloren hat, wird aufgrund der überschüssigen positiven Ladung im Kern positiv geladen. Es kann sich unter dem Einfluss elektrischer Kräfte (anziehend oder abstoßend) bewegen. Ein solches Atom ist positives Ion… Ein Atom, das überschüssige Elektronen eingefangen hat, wird negatives Ion.

Der positive Ladungsträger im Atomkern ist Proton… Es ist ein Elementarteilchen, das als Kern des Wasserstoffatoms dient. Die positive Ladung des Protons ist numerisch gleich der negativen Ladung des Elektrons, aber die Masse des Protons beträgt das 1836-fache der Masse des Elektrons. Die Atomkerne enthalten neben Protonen auch Neutronen – Teilchen, die keine elektrische Ladung haben. Die Masse eines Neutrons beträgt das 1838-fache der Masse eines Elektrons.

So haben von den drei Elementarteilchen, aus denen Atome bestehen, nur das Elektron und das Proton elektrische Ladungen. Von diesen können sich jedoch nur die negativ geladenen Elektronen problemlos im Inneren der Substanz bewegen, und die positiven Ladungen können sich unter normalen Bedingungen nur im Innern der Substanz bewegen Form schwerer Ionen, also die Übertragung der Atome der Substanz.

Es entsteht die geordnete Bewegung elektrischer Ladungen, also eine Bewegung, die im Raum eine vorherrschende Richtung hat Elektrizität… Teilchen, deren Bewegung einen elektrischen Strom erzeugt – Stromträger sind in den meisten Fällen Elektronen und viel seltener Ionen.

Unter Berücksichtigung einiger Ungenauigkeiten ist es möglich, Strom als die gerichtete Bewegung elektrischer Ladungen zu definieren. Stromträger können sich in der Substanz mehr oder weniger frei bewegen.

Aus Drähten nennt man Stoffe, die den Strom relativ gut leiten. Alle Metalle sind Leiter, insbesondere Silber, Kupfer und Aluminium.

Leitfähigkeit von Metallen erklärt sich aus der Tatsache, dass bei ihnen ein Teil der Außenelektronen von den Atomen getrennt ist. Die aus dem Verlust dieser Elektronen resultierenden positiven Experimente sind in einem Kristallgitter verbunden – einem festen (ionischen) Skelett, in dessen Räumen sich freie Elektronen in Form einer Art Elektronengas befinden.

Das kleinste äußere elektrische Feld erzeugt einen Strom im Metall, das heißt, es zwingt die freien Elektronen, sich in Richtung der auf sie wirkenden elektrischen Kräfte zu vermischen. Metalle zeichnen sich aus durch Abnahme der Leitfähigkeit mit steigender Temperatur.

Halbleiter Leiten elektrischen Strom viel schlechter als Drähte. Zu den Halbleitern zählen sehr viele Stoffe, deren Eigenschaften sehr vielfältig sind. Die elektronische Leitfähigkeit ist charakteristisch für Halbleiter (d. h. der Strom in ihnen wird wie in Metallen durch die gerichtete Bewegung freier Elektronen – nicht von Ionen) erzeugt und ist im Gegensatz zu Metallen ein Anstieg der Leitfähigkeit mit steigender Temperatur. Generell zeichnen sich Halbleiter auch durch eine starke Abhängigkeit ihrer Leitfähigkeit von äußeren Einflüssen – Strahlung, Druck etc. – aus.

Dielektrika (Isolatoren) sie leiten praktisch keinen Strom. Ein äußeres elektrisches Feld verursacht nPolarisation von Atomen, Molekülen oder Ionen von DielektrikaVerschiebung der elastisch gebundenen Ladungen, aus denen ein Atom oder dielektrisches Molekül besteht, unter Einwirkung eines äußeren Feldes. Die Zahl der freien Elektronen in Dielektrika ist sehr gering.

Sie können keine harten Grenzen zwischen Leitern, Halbleitern und Dielektrika festlegen. In elektrischen Geräten dienen Drähte als Weg für die Bewegung elektrischer Ladungen, und Dielektrika werden benötigt, um diese Bewegung richtig zu steuern.

Elektrischer Strom entsteht durch die Einwirkung von Kräften nichtelektrostatischen Ursprungs, sogenannten äußeren Kräften, auf Ladungen.Sie erzeugen im Draht ein elektrisches Feld, das die positiven Ladungen dazu zwingt, sich in die Richtung der Feldkräfte zu bewegen, und die negativen Ladungen, die Elektronen, in die entgegengesetzte Richtung.

Es ist nützlich, das Konzept der translatorischen Bewegung von Elektronen in Metallen zu klären. Freie Elektronen befinden sich im Raum zwischen Atomen in einem Zustand zufälliger Bewegung, in der umgekehrten thermischen Bewegung von Molekülen. Der thermische Zustand des Körpers wird durch Kollisionen von Molekülen untereinander und Kollisionen von Elektronen mit Molekülen verursacht.

Das Elektron kollidiert mit Molekülen und ändert die Richtung seiner Bewegung, bewegt sich aber allmählich weiter vorwärts und beschreibt dabei eine sehr komplexe Kurve. Die langfristige Bewegung geladener Teilchen in eine bestimmte Richtung, überlagert mit ihrer chaotischen Bewegung in verschiedene Richtungen, wird als Drift bezeichnet. Somit ist der elektrische Strom in Metallen nach moderner Auffassung eine Drift geladener Teilchen.