Welche Stoffe leiten Strom
Wie Sie wissen, wird die geordnete Bewegung elektrischer Ladungsträger als elektrischer Strom bezeichnet. Als solche Ladungsträger können Elektronen fungieren – in Metallen, Halbleitern und Gasen; Ionen – in Elektrolyten und Gasen; und in Halbleitern fungieren Löcher auch als Träger elektrischer Ladung – unbefüllte Valenzbindungen in Atomen, deren Größe der Elektronenladung entspricht, aber eine positive Ladung aufweist.
Stellen Sie die Frage, welche Stoffe leiten Elektrizität, müssen wir zunächst darüber spekulieren, was den Strom überhaupt verursacht, nämlich über das Vorhandensein geladener Teilchen in bestimmten Substanzen. Wir werden den Vorspannungsstrom hier nicht berücksichtigen, da es sich nicht um einen Leitungsstrom handelt und daher für diese Frage nicht direkt relevant ist.
Richtig, Metalle sind in der gesamten modernen Elektrotechnik die Hauptleiter des elektrischen Stroms. Metalle zeichnen sich durch eine schwache Verbindung der Valenzelektronen, also der Elektronen der äußeren Energieniveaus der Atome, mit den Kernen dieser Atome aus.
Und genau wegen der Schwäche dieser Bindungen beginnen sich diese Elektronen, wenn im Leiter aus irgendeinem Grund (elektrisches Wirbelfeld oder angelegte Spannung) eine Potentialdifferenz auftritt, in einer Lawine in die eine oder andere Richtung zu bewegen, und die Leitungselektronen bewegen sich im Inneren des Leiters Kristallgitter, als «elektronische Gas»-Bewegung.
Typische Vertreter metallischer Leiter: Kupfer, Aluminium, Wolfram.
Weiter unten in der Liste – Halbleiter… Halbleiter nehmen in ihrer Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten, eine Zwischenstellung zwischen Leitern wie Kupferdrähten und Dielektrika wie Plexiglas ein. Hier ist ein Elektron an zwei Atome gleichzeitig gebunden – die Atome stehen in kovalenten Bindungen miteinander – daher muss jedes einzelne Elektron, damit es sich in Bewegung setzt und einen Strom erzeugt, zunächst Energie erhalten, um seine Fähigkeit zum Verlassen zu erkennen das Atom, das du bist
Zum Beispiel kann ein Halbleiter erhitzt werden und einige der Elektronen beginnen, ihre Atome zu verlassen, das heißt, sie werden es tun Bedingung für die Existenz von Strom — Freie Ladungsträger — Elektronen und Löcher — erscheinen im Kristallgitter (an der Stelle, wo das Elektron ausgetreten ist, verbleibt zunächst ein leerer Raum mit einer positiven Ladung — ein Loch, das dann von einem Elektron eines anderen Atoms besetzt wird) . Prominente Vertreter reiner Halbleiter sind: Germanium, Silizium, Bor. Wir betrachten hier keine Beziehungen.
Elektrolyte sind aufgrund der Anwesenheit freier Ladungsträger auch in der Lage, Strom zu leiten. Aber Elektrolyte sind Leiter zweiter Art. Die freien Ladungsträger in Elektrolyten sind Ionen (positive Ionen heißen Kationen, negative Ionen heißen Anionen).
Kationen und Anionen entstehen hier durch den Prozess der elektrolytischen Dissoziation (Zerlegung von Molekülen in Teile – in einzelne Ionen) von Säuren, Basen, Basen in ihren Lösungen oder Schmelzen. Gleichzeitig mit der Dissoziation verbinden sich die Ionen erneut mit Molekülen – dies wird als dynamisches Gleichgewicht im Elektrolyten bezeichnet. Ein Beispiel für einen Elektrolyten ist eine 40 %ige Lösung von Schwefelsäure in Wasser.
Schließlich stellt Plasma – ein ionisiertes Gas – den vierten Aggregatzustand der Materie dar. Im Plasma wird elektrische Ladung von Elektronen sowie von Kationen und Anionen getragen, die entstehen, wenn das Gas erhitzt oder Röntgen- und Ultraviolettstrahlen ausgesetzt wird oder anderer Strahlung (oder unter Einwirkung von Erwärmung und Strahlung). Plasma ist quasineutral, das heißt, in kleinen Volumina ist die Gesamtladung überall gleich Null. Aufgrund der Beweglichkeit der Gasteilchen ist das Plasma jedoch weiterhin in der Lage, Strom zu leiten.
Im Prinzip schirmt das Plasma das äußere elektrische Feld ab, da die Ladungen darin durch dieses Feld getrennt werden, aber aufgrund der Tatsache, dass die thermische Bewegung der Ladungsträger vorhanden ist, wird im kleinen Maßstab die Quasineutralität des Plasmas verletzt und das Plasma erlangt praktisch die Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten. Der gesamte interstellare Raum im Universum ist mit Plasma gefüllt, und die Sterne selbst bestehen aus Plasma.