אילו חומרים מוליכים חשמל

כידוע, התנועה המסודרת של נושאי מטען חשמליים נקראת זרם חשמלי. אלקטרונים יכולים לפעול כנשאי מטען כאלה - במתכות, מוליכים למחצה וגזים; יונים - באלקטרוליטים וגזים; ובמוליכים למחצה, חורים פועלים גם כנושאים של מטען חשמלי - קשרי ערכיות לא מלאים באטומים השווים בגודלם למטען האלקטרונים, אך בעלי מטען חיובי.

שואל את השאלה איזה חומרים מתנהלים חַשְׁמַל, נצטרך לשער מה גורם לזרם מלכתחילה, כלומר לגבי נוכחותם של חלקיקים טעונים בחומרים מסוימים. לא נתייחס כאן לזרם הטיה, שכן הוא אינו זרם הולכה ולכן אינו רלוונטי ישירות לשאלה זו.

נכון, מתכות הן המוליכות העיקריות של זרם חשמלי בכל הנדסת החשמל המודרנית. מתכות מאופיינות בחיבור חלש של האלקטרונים הערכיים, כלומר האלקטרונים של רמות האנרגיה החיצוניות של האטומים, עם הגרעינים של אטומים אלו.

ובדיוק בגלל החולשה של הקשרים הללו, כאשר מתרחש הפרש פוטנציאל במוליך מסיבה כלשהי (שדה חשמלי מערבול או מתח מופעל), האלקטרונים הללו מתחילים לנוע במפולת בכיוון זה או אחר, אלקטרוני ההולכה נעים בתוך סריג קריסטל, כתנועת "גז אלקטרוני".

נציגים אופייניים של מוליכים מתכת: נחושת, אלומיניום, טונגסטן.

בהמשך הרשימה - מוליכים למחצה... מוליכים למחצה, ביכולתם להוליך זרם חשמלי, תופסים עמדת ביניים בין מוליכים כגון חוטי נחושת ודיאלקטריים כגון פרספקס. כאן, אלקטרון אחד קשור לשני אטומים בו-זמנית - האטומים נמצאים בקשרים קוולנטיים זה עם זה - לכן, על מנת שכל אלקטרון בודד שנחשב יתחיל לנוע וליצור זרם, עליו לקבל תחילה אנרגיה כדי לממש את יכולתו לעזוב האטום שאתה

לדוגמה, ניתן לחמם מוליך למחצה וחלק מהאלקטרונים יתחילו לעזוב את האטומים שלהם, כלומר יהיו תנאי לקיומו של זרם - נשאים חופשיים - אלקטרונים וחורים - יופיעו בסריג הגביש (במקום שבו האלקטרון עזב, ראשית נשאר חלל ריק עם מטען חיובי - חור, שאותו תפוס אז אלקטרון מאטום אחר) . נציגים בולטים של מוליכים למחצה טהורים הם: גרמניום, סיליקון, בורון. אנחנו לא מסתכלים על מערכות יחסים כאן.

אלקטרוליטים מסוגלים גם להוליך זרם בשל הימצאותם של נושאי מטען חופשיים בהם. אבל אלקטרוליטים הם מוליכים מהסוג השני. נושאי המטען החופשיים באלקטרוליטים הם יונים (יונים חיוביים נקראים קטיונים, יונים שליליים נקראים אניונים).

קטיונים ואניונים נוצרים כאן עקב תהליך של ניתוק אלקטרוליטי (פירוק מולקולות לחלקים - ליונים נפרדים) של חומצות, בסיסים, בסיסים בתמיסות שלהם או נמסים. במקביל לניתוק, היונים מתחברים מחדש למולקולות - זה נקרא שיווי משקל דינמי באלקטרוליט. דוגמה לאלקטרוליט היא תמיסה של 40% של חומצה גופרתית במים.

לבסוף, פלזמה - גז מיונן - היא המצב הרביעי של צבירה של חומר. בפלזמה, מטען חשמלי נישא על ידי אלקטרונים, כמו גם על ידי קטיונים ואניונים הנוצרים כאשר גז מחומם או כאשר הוא נחשף לקרני רנטגן, אולטרה סגול. , או קרינה אחרת (או תחת פעולת חימום וקרינה). הפלזמה היא כמעט ניטראלית, כלומר בתוכה בנפחים קטנים המטען הכולל שווה בכל מקום לאפס. אבל בגלל הניידות של חלקיקי הגז, הפלזמה עדיין מסוגלת להוליך חשמל.

באופן עקרוני, הפלזמה מגינה על השדה החשמלי החיצוני, שכן המטענים מופרדים בו על ידי שדה זה, אך בשל העובדה שהתנועה התרמית של נושאי המטען קיימת, בקנה מידה קטן מופרת הכמו-נייטרליות של הפלזמה. והפלזמה רוכשת למעשה את היכולת להוליך זרם חשמלי. כל החלל הבין-כוכבי ביקום מלא בפלזמה, והכוכבים עצמם עשויים מפלזמה.