Носители электрического заряда в различных средах Электрический ток может протекать в пяти различных средах: Металлах Вакууме Полупроводниках Жидкостях Газах

Электрический ток в металлах: Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику не происходит переноса вещества, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда. Носителями заряда в металлах являются электроны; Процесс образования носителей заряда – обобществление валентных электронов; Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника – выполняется закон Ома; Техническое применение электрического тока в металлах: обмотки двигателей, трансформаторов, генераторов, проводка внутри зданий, сети электропередачи, силовые кабели.

Электрический ток в вакууме Вакуум - сильно разреженный газ, в котором средняя длина свободного пробега частицы больше размера сосуда, то есть молекула пролетает от одной стенки сосуда до другой без соударения с другими молекулами. В результате в вакууме нет свободных носителей заряда, и электрический ток не возникает. Для создания носителей заряда в вакууме используют явление термоэлектронной эмиссии. ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ – это явление «испарения» электронов с поверхности нагретого металла

Электрический ток в полупроводниках При нагревании или освещении некоторые электроны приобретают возможность свободно перемещаться внутри кристалла, так что при приложении электрического поля возникает направленное перемещение электронов. полупроводники представляют собой нечто среднее между проводниками и изоляторами. У полупроводников с понижением температуры сопротивление возрастает и вблизи абсолютного нуля они практически становятся изоляторами. Полупроводники - твердые вещества, проводимость которых зависит от внешних условий (в основном от нагревания и от освещения). Зависимость удельного сопротивления ρ чистого полупроводника от абсолютной температуры T.

Выводы: 1. носители заряда – электроны и дырки; 2. процесс образования носителей заряда – нагревание, освещение или внедрение примесей; 3. закон Ома не выполняется; 4. техническое применение – электроника.

Образование электронно-дырочной пары При повышении температуры или увеличении освещенности в кристалле возникнут свободные электроны (электроны проводимости). одновременно в местах разрыва связей образуются вакансии, которые не заняты электронами. Эти вакансии получили название «дырок». Проводимость полупроводников при наличии примесей называется примесной проводимостью. Различают два типа примесной проводимости – электронную и дырочную проводимости.

Электронная и дырочная проводимости. Если примесь имеет валентность большую, чем чистый полупроводник, то появляются свободные электроны. Проводимость – электронная, примесь донорная, полупроводник n – типа. Если примесь имеет валентность меньшую, чем чистый полупроводник, то появляются разрывы связей – дырки. Проводимость – дырочная, примесь акцепторная, полупроводник p – типа. Электронная проводимостьДырочная проводимости Атом мышьяка в решетке германия. Полупроводник n-типа. Атом индия в решетке германия. Полупроводник p-типа.

Электронно-дырочный переход. Электронно-дырочный переход (или n–p-переход) – это область контакта двух полупроводников с разными типами проводимости. При контакте двух полупроводников n- и p-типов начинается процесс диффузии: дырки из p-области переходят в n-область, а электроны, наоборот, из n-области в p-область. Пограничная область раздела полупроводников с разными типами проводимости (так называемый запирающий слой) обычно достигает толщины порядка десятков и сотен межатомных расстояний.

Ток в прямом направлении Если n–p-переход соединить с источником так, чтобы положительный полюс источника был соединен с p-областью, а отрицательный с n-областью, то напряженность электрического поля в запирающем слое будет уменьшаться. Дырки из p-области и электроны из n-области, двигаясь навстречу друг другу, будут пересекать n–p- переход, создавая ток в прямом направлении. Сила тока через n–p-переход в этом случае будет возрастать при увеличении напряжения источника.

Ток в обратном направлении Если полупроводник с n–p- переходом подключен к источнику тока так, что положительный полюс источника соединен с n-областью, а отрицательный – с p-областью, то напряженность поля в запирающем слое возрастает. Дырки в p-области и электроны в n-области будут смещаться от n–p- перехода, увеличивая тем самым концентрации неосновных носителей в запирающем слое. Ток через n–p-переход практически не идет. Напряжение, поданное на n–p- переход в этом случае называют обратным.

Транзистор Полупроводниковые приборы не с одним, а с двумя n–p-переходами называются транзисторами. Название происходит от сочетания английских слов: transfer – переносить и resistor – сопротивление. Обычно для создания транзисторов используют германий и кремний. Транзисторы бывают двух типов: p–n–p- транзисторы и n–p–n-транзисторы. В транзисторе n–p–n-типа основная германиевая пластинка обладает проводимостью p-типа, а созданные на ней две области – проводимостью n-типа. Пластинку транзистора называют базой (Б), одну из областей с противоположным типом проводимости – коллектором (К), вторую – эмиттером (Э). В условных обозначениях разных структур стрелка эмиттера показывает направление тока через транзистор. Транзистор структуры p–n–p Транзистор структуры n–p–n. Включение в цепь транзистора p–n–p- структуры

Электрический ток в жидкостях Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. Электролитами являются водные растворы неорганических кислот, солей и щелочей, расплавы Сопротивление электролитов падает с ростом температуры, так как с ростом температуры растёт количество ионов. Электролиз водного раствора хлорида меди.

Явление электролиза - это выделение на электродах веществ, входящих в электролиты; Положительно заряженные ионы (анионы) под действием электрического поля стремятся к отрицательному катоду, а отрицательно заряженные ионы (катионы) - к положительному аноду. Закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе: Масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит: m = kQ = kIt Величину k называют электрохимическим эквивалентом. F = eN A = Кл / моль. F = eN A – постоянная Фарадея.

Вывод: носители заряда – положительные и отрицательные ионы; процесс образования носителей заряда – электролитическая диссоциация; электролиты подчиняются закону Ома; Применение электролиза : получение цветных металлов (очистка от примесей - рафинирование); гальваностегия - получение покрытий на металле (никелирование, хромирование, золочение, серебрение и т.д. ); гальванопластика - получение отслаиваемых покрытий (рельефных копий).