Site Loader

Носители заряда — Википедия

Носи́тели заря́да — общее название подвижных частиц или квазичастиц, которые несут электрический заряд и способны обеспечивать протекание электрического тока[1].

Примерами подвижных частиц являются электроны, ионы. Примером квазичастицы — носителя заряда является дырка, другие заряженные частицы, например, позитроны.

Обычно термин «носители заряда» применяется в физике твёрдого тела и физике полупроводников.

В металлах и веществах с металлическим типом проводимости, к которым относятся многие другие вещества — графит, многие карбиды и нитриды переходных металлов, носителями заряда являются электроны. В таких веществах один или несколько электронов внешних электронных оболочек атомов не связаны с окружающими атомами и могут упорядоченно перемещаться под действием электрического поля внутри кристалла или жидкости даже при температуре абсолютного нуля. Такие электроны называются электронами проводимости в телах с металлическим типом проводимости. Так как электроны имеют полуцелый спин, их совокупность подчиняется статистике Ферми — Дирака и обычно её называют электронным газом Ферми.

При отсутствии электрического поля электроны проводимости хаотически движутся в металле или расплаве в различных направлениях и электрический ток в теле равен нулю. Исключение составляет движение электронов проводимости в сверхпроводниках, в которых электроны могут двигаться упорядоченно и создавать электрический ток без приложения электрического поля.

При приложении электрического поля на хаотическое движение электронов накладывается упорядоченность — в теле возникает электрический ток. В практически достижимых электрических полях в металлах скорость упорядоченного движения электронов не превышает нескольких миллиметров в секунду, в то время как средняя скорость хаотического движения электронов имеет порядок нескольких сотен км/с.

В полупроводниках носителями заряда являются электроны. Для удобства описания процессов проводимости в полупроводниках вводят понятие квазичастицы — дырка — положительно заряженная частица с зарядом равным по модулю заряду электрона. Фактически дырка — это электрон, перескакивающий на свободную соседнюю вакансию в кристаллической решётке полупроводника. Макроскопически дырки ведут себя так как истинные положительно заряженные частицы, в частности знак ЭДС в эффекте Холла указывает на движение положительно заряженных частиц в дырочном полупроводнике.

По отношению концентраций электронов и дырок различают собственные полупроводники, в которых концентрация электронов и дырок равны, полупроводники с электронным типом проводимости или иначе называемые полупроводниками n-типа проводимости или просто n-типа с увеличенной по сравнению с дырками концентрацией электронов и полупроводники с дырочным типом проводимости называемые полупроводниками p-типа — с увеличенной концентрацией дырок.

Тип той или иной проводимости чистому полупроводнику придает легирующая примесь. Примеси, придающие полупроводнику электронный тип проводимости называют донорными примесями, а примеси придающие дырочный тип проводимости называют акцепторными примесями.

Чистые полупроводники и полупроводники с равной концентрацией акцепторных и донорных примесей, такие полупроводники называют компенсировнными полупроводниками образуют собственные полупроводники.

Электроны в полупроводнике n-типа называют основными носителями, а дырки — неосновными, в полупроводнике p-типа соответственно наоборот. Ток неосновных носителей играет важную роль в некоторых типах полупроводниковых приборов, например в биполярных транзисторах а активном режиме ток, протекающий через базовый слой, является током неосновных носителей.

Согласно зонной теории энергия электрона в кристаллической решётке полупроводника не может принимать произвольный ряд энергий, а только их энергии могут лежать в пределах определённых диапазонов — разрешенных зон, разделённых запрещенной зоной. Разрешенную зону с меньшей энергией называют валентной зоной, а разрешенную зону с высокой энергией называют зоной проводимости. Электроны с энергиями валентной зоны несвободны, то есть не могут двигаться при наложении электрического поля, так как все энергетические уровни в этой зоне заняты и согласно принципу запрета Паули электрон не может изменить свое состояние, а движение требует изменения состояния. Электроны с энергиями зоны проводимости подвижны, так в ней имеются расположенные выше свободные энергетические уровни.

Если из валентной зоны удалить электрон, то в ней образуется положительно заряженная вакансия — дырка, которую может занять другой электрон из валентной зоны, то есть при наложении электрического поля происходит движение дырок в валентной зоне — возникновение электропроводности в валентной зоне — дырочной проводимости.

Освобождение электрона из узла кристаллической решётки полупроводника и перевод его в зону проводимости требует затраты определённой энергии активации (ионизации). Эта энергия в чистых полупроводниках равна разности энергий низа зоны проводимости и верха валентной зоны и называется шириной запрещённой зоны. В собственных легированных полупроводниках энергия активации равна разности уровней донорных и акцепторных примесей.

Так как для появления свободных носителей в полупроводниках требуется энергия активации, при абсолютном нуле температуры и отсутствия внешнего облучения все полупроводники являются диэлектриками. При повышении температуры часть электронов переходит из валентной зоны в зону проводимости и возникает электропроводность. В легированных полупроводниках акцепторные уровни находятся вблизи верха валентной зоны, а уровни донорных примесей вблизи низа зоны проводимости, поэтому в легированных полупроводниках ионизация (возникновение носителей заряда) требует очень малой энергии активации, поэтому в слаболегированных полупроводниках уже при комнатной температуре все примесные атомы ионизированы и проводимость определяется в основном концентрацией легирующей примеси.

В электролитах носителями заряда являются ионы. В растворах и расплавах электролитов часть электрически нейтральных молекул распадается на заряженные частицы с разным знаком заряда — свободные ионы. Положительно заряженные ионы называют катионами, отрицательно заряженные — анионами. Под действием электрического поля ионы перемещаются, образуя электрический ток, причем анионы движутся против вектора напряжённости электрического поля — к аноду, а катионы — к катоду, по направлению движения ионы разного знака заряда и получили свои названия.

Существуют также твёрдые тела с ионным типом проводимости — так называемые твёрдые электролиты. Твердые электролиты — это ионные кристаллы, в которых ионы в узлах кристаллической решётки слабо связаны с решёткой и могут мигрировать по кристаллу. Под действием электрического поля ионы в твёрдых электролитах приобретают упорядоченное движение по или против вектора напряжённости электрического поля в зависимости от знака заряда. Примерами твёрдых электролитов могут служить иодид серебра с проводимостью по ионам серебра Ag

+ или диоксид циркония, легированный оксидом переходного металла группы III периодической таблицы Менделеева, с проводимостью по ионам кислорода O2-, обусловленной вакансиями в кристаллической решётке, а также многие твёрдые электролиты и некоторые полимеры с проводимостью по ионам водорода Н+. Во многих твёрдых электролитах, например, в легированном диоксиде циркония, ионная проводимость осуществляется перемещением вакансии — ион кислорода под действием поля перемещается в соседнюю вакансию в кристаллической решётке и остаётся там, механизм проводимости, сходный с дырочной проводимостью в полупроводниках.

Носители заряда в вакууме и разреженной плазме[править | править код]

Носителями заряда в вакууме являются электроны, ионы, иные заряженные элементарные частицы. Если вакуум высокий, в случаях, когда длина свободного пробега частицы много больше рассматриваемого размера, то есть число Кнудсена много больше 1 заряженные частицы — носители заряда можно считать невзаимодействующими и они движутся при отсутствии электрического поля прямолинейно и равномерно до соударения со стенкой сосуда. При наложении электрического поля заряженные частицы начинают двигаться ускоренно под действием электрической силы.

Частным случаем зарядов в вакууме является сильно разрежённая плазма — электрически нейтральная смесь носителей заряда с разными зарядами.

Обычно в среде, где имеются свободные носители заряда суммарный заряд положительно заряженных частиц равен суммарному заряду отрицательно заряженных частиц, поэтому такая среда электрически нейтральна. Но в некоторых случаях суммарный заряд одного из знаков превалирует над суммарным зарядом другого знака. В этом случае говорят об объемном или поверхностном заряде. Наличие объемного или поверхностного заряда порождает в соответствие с теоремой Гаусса электрическое поле. Электрическое поле вызывает движение носителей заряда и перераспределение объемного заряда, стремясь выравнять концентрацию зарядов разного знака. Поэтому для длительного существования объемного заряда должен существовать механизм его поддержания. Например, стеканию заряда с отрицательно заряженных тел препятствует работа выхода электронов.

Возникающий объёмный заряд играет важную роль в физических процессах в электровакуумных приборах, — объёмный заряд электронов в вакууме или зоны объёмного заряда в p-n-переходах в полупроводниковых приборах, возникающий из-за встречной диффузии электронов и дырок и контактной разности потенциалов.

Генерация и рекомбинация носителей заряда[править | править код]

В электролитах, полупроводниках, плазме одновременно происходят процессы рекомбинации и ионизации частиц. Электрически нейтральные атомы и молекулы распадаются на заряженные частицы — ионизация и одновременно частицы разных знаков притягиваются друг к другу и образуют электрически нейтральные частицы — рекомбинация. В равновесном состоянии число актов рекомбинации и диссоциации в единицу времени равны друг другу и в среде устанавливается равновесная концентрация носителей заряда. Выведенная из состояния равновесия система постепенно самопроизвольно переходит в равновесную. Постоянную времени установления равновесной концентрации зарядов называют временем релаксации.

Диссоциация нейтральных частиц происходит главным образом из-за теплового движения и колебания частиц, их соударений. Так как на диссоциацию требуется некоторая энергия, называемая энергией активации, то концентрация носителей заряда, если нет иных факторов, препятствующих тепловой диссоциации, нарастает при повышении температуры. Именно поэтому электропроводность электролитов, полупроводников, не полностью ионизированной плазмы нарастает при повышении температуры. Количественно концентрация носителей заряда в веществе в зависимости от температуры выражается уравнением Аррениуса.

Известен механизм диссоциации на заряженные частицы посредством внешнего нетеплового воздействия, например, электромагнитным излучением или потоком быстрых частиц, например, потоком электронов, ионизирующим излучением. При таком воздействии концентрация носителей заряда повышается по сравнению с равновесной тепловой концентрацией. Поглощение фотона или заряженной частицы в полупроводнике порождает с некоторой вероятностью электронно-дырочную пару, это явление используется в различных полупроводниковых фотоприёмниках и полупроводниковых детекторах частиц. Макроскопически повышение концентрации носителей заряда проявляется в изменении электрических свойств, например, электропроводности.

Рекомбинация заряженных частиц сопровождается выделением энергии равной энергии диссоциации или энергии ионизации. В большинстве случаев эта энергия превращается в тепловое движение, но может переходить в иные виды энергии, например, уноситься фотоном, как в светодиодах и полупроводниковых лазерах в актах рекомбинации электронно-дырочных пар.

Длина свободного пробега носителей заряда[править | править код]

Среднее расстояние, на котором движение носителя заряда может считаться независимым от присутствия других частиц называют длиной свободного пробега. Обычно это расстояние равно длине пути частицы до столкновения с другой частицей, но например, в плазме длиной пробега считается расстояние до существенного электростатического взаимодействия с другой заряженной частицей плазмы и изменении направления движения.

В электролитах длина свободного пробега ограничена столкновениями, в металлах длина свободного пробега электронов ограничена рассеиванием электронов на атомах, дефектах кристаллической решетки и её тепловых колебаниях — рассеиванием на фононах.

В полупроводниках электроны и дырки рассеиваются на дефектах кристаллической решетки, примесных атомах и на фононах. В чистых полупроводниках длина свободного пробега может достигать при низких температурах нескольких миллиметров.

В вакууме и разреженной плазме понятие длины свободного пробега теряет смысл, так как частицы не взаимодействуют. Условно можно считать, что длина свободного пробега равна размерам сосуда.

Чем выше длина свободного пробега λ{\displaystyle \lambda } и больше концентрация носителей n{\displaystyle n}, тем выше удельная электропроводность σ{\displaystyle \sigma }:

σ≈λ⋅n.{\displaystyle \sigma \approx \lambda \cdot n.}
  1. ↑ Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

Электрический ток в металлах. Полупроводниковые приборы — урок. Физика, 8 класс.

Металлы в твёрдом состоянии имеют кристаллическое строение.
Модель металла — кристаллическая решетка, в узлах которой частицы совершают хаотичное колебательное движение.

Обрати внимание!

В узлах кристаллической решётки расположены положительные ионы. В пространстве между ними движутся свободные электроны.

2ede197f1d716acc3dd8eaded083a552.gif

 

Отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютному значению равен положительному заряду всех ионов решётки. Поэтому в обычных условиях металл электрически нейтрален. Свободные электроны движутся в нём беспорядочно. Если создать в металле электрическое поле, то свободные электроны начнут двигаться направленно (упорядоченно), т.е. возникнет электрический ток. Однако беспорядочное движение электронов сохраняется.

 

13173_html_m55c7a7b.png 

 

Обрати внимание!

Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение свободных электронов.

Какова же скорость движения электронов в проводнике под действием электрического поля? Невелика — всего несколько миллиметров в секунду, а иногда и ещё меньше.
Если возникает в проводнике электрическое поле, оно с огромной скоростью распространяется по всей длине проводника (близкой к скорости света — 300 000 км/с), одновременно начинают двигаться электроны в одном направлении по всей длине проводника.
Доказательством того, что ток в металлах обусловлен электронами, явились опыты. Опыт Мандельштама и Папалекси был проведён в 1916 году. Цель опыта состояла в проверке того, есть ли масса у носителя электрического тока — электрона. Если масса у электрона есть, то он должен подчиняться законам механики, в частности, закону инерции. К примеру, если движущийся проводник резко затормозить, то электроны ещё некоторое время будут двигаться в том же направлении по инерции.
Для этой проверки исследователи вращали катушку с проходящим током, а затем резко останавливали её. Возникающий бросок тока регистрировали с помощью телефона.
По щелчку тока в телефонах Мандельштам и Папалекси установили, что электрон обладает массой. Но измерить эту массу они не смогли. Поэтому этот опыт — качественный. Позже американские физики Толмен и Стюарт, используя ту же идею вращения катушки, измерили массу электрона. Для этого они измеряли возникающий при торможении катушки заряд на её выводах.

 

Электрический ток может существовать не только в металлах, но и в других средах: в полупроводниках, газах и растворах электролитов. Носители электрических зарядов в разных средах разные.

 

Обрати внимание!

Так, в растворах электролитов (солей, кислот и щелочей) носителями являются положительные и отрицательные ионы, в газах — положительные и отрицательные ионы, а также электроны. В полупроводниках носителями заряда являются электроны и дырки (дырка — придуманная частица для объяснения механизма проводимости, по сути — свободное место, не занятое электроном).

Из полупроводников изготавливают полупроводниковые приборы. Вот некоторые из них:

 

Фотоэлемент

Фоторезистор

Фотодиоды

Интегральные схемы

Транзисторы

Диоды

fotoelement.jpg120px-LDR.jpg1351845377_6.jpg300px-Microchips.jpg02.jpgdiode.jpg

 

Полупроводники при низкой температуре не проводят электрический ток, т.е. являются диэлектриками. При повышении температуры число носителей электрического заряда увеличивается, полупроводник становится проводником. Почему это происходит? Валентные электроны, находящиеся на внешней оболочке атома, становятся свободными, и под действием электрического поля в полупроводнике возникает электрический ток. Аналогичный процесс происходит в полупроводнике при воздействии на него света, примесей и т.д.
Изменение электропроводимости полупроводников под действием температуры позволяет применять их в качестве термометров.


Resistance-thermometer-5.jpg

 

Изменение электропроводимости полупроводников под воздействием света используется в фотосопротивлениях. Их применяют для сигнализации, при управлении производственными процессами на расстоянии, сортировке деталей. В экстренных ситуациях они позволяют автоматически останавливать станки и конвейеры, предупреждая несчастные случаи.

Исторически принято следующее: 

Направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов в проводнике.

При этом, если единственными носителями тока являются отрицательно заряженные частицы (например, электроны в металле), то направление тока противоположно направлению движения электронов.

 

Этот же процесс можно видеть на анимации. Движение электронов показано синими точками, а направление тока — красной стрелкой.

 

dir-cur.gif 

 

Прохождение тока по проводнику сопровождается следующими его действиями:

  

 • Магнитным (наблюдается во всех проводниках).

Используя это свойство, можно найти место обрыва фазового провода приборами, реагирующими на изменения в электромагнитном поле, к примеру, индикаторной отвёрткой с фазоискателем.

 

Если проволочную рамку, по которой течёт ток, поместить между полюсами магнита, то она станет поворачиваться. Данное явление используют в устройстве гальванометра.

 

263473644.jpg

 

Стрелка гальванометра связана с подвижной катушкой, находящейся в магнитном поле. Когда по катушке протекает ток, стрелка отклоняется. Таким образом, с помощью гальванометра можно сделать вывод о наличии тока в цепи. Магнитное действие тока проявляется вне зависимости от агрегатного состояния вещества. При замыкании ключа можно наблюдать, как проволока, намотанная на гвоздь, начинает притягивать небольшие железные предметы.

 

Это свойство широко используется в грузоподъёмных электромагнитах.

 

megascrap_1.jpg

 

• Тепловым (наблюдается во всех проводниках, кроме сверхпроводников).

При прохождении электрического тока по проводнику в результате столкновений свободных электронов с его атомами и ионами проводник нагревается. Это явление проявляется в любых устройствах, имеющих нагревательный элемент: фен, плойка, электроплита, калорифер, стиральная машина, тостер, электровафельница и т.д. И даже спираль лампочки накаливания нагревается током до яркого накаливания.

 

Под действием тока нагревается и провисает проволока.

 

heat1.gif

 

• Химическим (наблюдается в электролитах).

 

0011-011-KHimicheskoe-dejstvie-elektricheskogo-toka-Vpervye-bylo-otkryto-v-1800g.jpg  

 

Химическое действие тока применяется для покрытия одного металла слоем другого металла, например, при хромировании и никелировании.

 

9h-i2.gif

 

Условные обозначения, применяемые на схемах:

 

Гальванометр

Нагревательный элемент

measure_g.gif

Источники:

 

Пёрышкин А.В. Физика, 8 класс// ДРОФА, 2013.

http://festival.1september.ru/articles/633714/

Носитель — электрический ток — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Носитель — электрический ток

Cтраница 1

Носители электрического тока не связаны с атомами и одинаковы во всех металлах. В металлический проводник, по которому идет постоянный ток, с одного конца входит такое же количество этих носителей тока, какое выходит с другого его конца, и заряд проводника при этом не изменяется.  [1]

Носителями электрического тока в растворах электролитов являются катионы и анионы. Причем разряд катионов на катоде и анионов на аноде осуществляется одновременно и в эквивалентных количествах.  [2]

Носителями электрического тока в полупроводнике с донорной примесью являются электроны, которые переходят с примесных уровней в зону проводимости. Следовательно, проводимость имеет электронный характер, а вещество с такой проводимостью называется полупроводником п-типа.  [3]

Носителями электрического тока в жидкостях являются ионы, которые образуются при распаде ( диссоциации) молекул.  [4]

Носителями электрического тока в проводниках первого рода являются электроны, в проводниках второго рода — ионы. При этом отрицательные ионы и электроны движутся к положительному полюсу источника тока, а положительно заряженные ионы — к отрицательному полюсу. Электрический ток может быть постоянным и переменным.  [5]

Концентрацию носителей электрического тока ( электронов и дырок) можно изменять, воздействуя па полупроводник светом, частота которого достаточна для того, чтобы переводить электроны из валентной зоны в зону проводимости. При включении источника света концентрация носителей начинает увеличиваться, приближаясь к новому — большему — значению. При выключении света она уменьшается до прежней величины. Время установления нового значения ( или возврата к старому) сильно меняется от образца к образцу. Это происходит потому, что указанное время зависит не только от количества донорных и акцепторных примесей в полупроводнике, но и от количества и вида имеющихся в кристалле дефектов. Дефекты играют для электронов и дырок роль ловушек и существенно убыстряют рекомбинацию: от — 10 — 2 с в очень чистых и тщательно изготовленных: образцах до 10-в с в образцах худшего качества.  [6]

В случае неионных кристаллов носители электрического тока имеют несколько иную природу. Тепловое движение ионизует отдельные нейтральные атомы или молекулы и вырывает из них электроны. Последние движутся вдоль решетки.  [7]

Согласно зонной теории проводимости носителями электрического тока в твердых телах являются электроны зоны проводимости.  [8]

Эффект Томсона заключается в передаче теплоты носителями электрического тока при неравномерном нагреве проводника.  [9]

Эффект Томсона заключается в переносе тепла носителями электрического тока. Он может быть положительным или отрицательным и приводит к смещению максимума температуры в контакте от середины: при положительном эффекте максимум смещается в направлении переноса тока, при отрицательном — в противоположном направлении.  [11]

Какие опыты были поставлены для выяснения природы носителей электрического тока в металлах.  [12]

Рассмотрим описанное явление с точки зрения движения действительных носителей электрического тока в металлах-электронов.  [13]

Таким образом, было окончательно установлено, что носителями электрического тока в металлах являются свободные электроны.  [14]

Валентные электроны, не связанные с атомами, служат носителями электрического тока. Валентные электроны, покинувшие атомы твердого тела, перемещаются между атомами под воздействием внешнего электрического поля. Их направленное движение и представляет собой электрический ток.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

НОСИТЕЛИ ТОКА — это… Что такое НОСИТЕЛИ ТОКА?


НОСИТЕЛИ ТОКА

электрически заряж. частицы в в-ве, обусловливающие его электрическую проводимость. В большинстве случаев Н. т. являются т. н. свободные электроны и ионы, к-рые способны перемещаться в в-ве под действием электрич. поля. В ПП различают 2 рода Н. т. — электроны и дырки.

Большой энциклопедический политехнический словарь. 2004.

  • НОС
  • НОСИТЕЛЬ ДАННЫХ

Смотреть что такое «НОСИТЕЛИ ТОКА» в других словарях:

  • неосновные носители тока — неосновные носители заряда; отрасл. неосновные носители тока Подвижные носители заряда, концентрация которых в данном полупроводнике меньше, чем концентрация основных носителей заряда: электроны в полупроводнике р типа и дырки в полупроводнике п… …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • неравновесные носители тока — неравновесные носители заряда; отрасл. избыточные носители заряда; неравновесные носители тока Электроны или дырки проводимости, не находящиеся в термодинамическом равновесии (как по концентрации. так и по энергетическому распределению) …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • основные носители тока — основные носители заряда; отрасл. основные носители тока Подвижные носители заряда, концентрация которых в данном полупроводнике преобладает: электроны в полупроводнике n типа и дырки в полупроводнике р типа. Примечание. Под подвижными носителями …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА — (носители тока) заряженные частицы (или квазичастицы), обусловливающие прохождение электрического тока через данное вещество. В газе носители заряда электроны и ионы. Чаще всего термин носители заряда применяется в физике твердого тела. В… …   Большой Энциклопедический словарь

  • НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА — (носители тока), общее название заряж. подвижных ч ц или квазичастиц, способных обеспечивать прохождение электрич. тока через в во. Чаще всего термин «Н. т.» применяется в физике твёрдого тела, где объединяет эл ны проводимости и дырки (см.… …   Физическая энциклопедия

  • Носители заряда —         носители тока, общее название подвижных частиц (или квазичастиц (См. Квазичастицы)), несущих электрический заряд и способных обеспечивать прохождение электрического тока через данное вещество. Чаще всего этот термин применяется в физике… …   Большая советская энциклопедия

  • НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА — (носители тока), заряж. частицы (или квазичастицы), обусловливающие прохождение электрич. тока через данное в во. В газе Н.з. электроны и ионы. Чаще термин Н. з.» применяется в физике тв. тела. В твердотельных проводниках Н.з. электроны… …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА В ТВЁРДОМ ТЕЛЕ — (носители тока) подвижные частицы или квазичастицы, участвующие в процессах электропроводности. Перенос заряда в твёрдых телах может осуществляться движением электронов и дырок из частично заполненных зон (см. Зонная теория), ионов ( диэлектрики) …   Физическая энциклопедия

  • носители заряда — (носители тока), заряженные частицы (или квазичастицы), обусловливающие прохождение электрического тока через данное вещество. В газе носители заряда  электроны и ионы. Чаще термин «носители заряда» применяется в физике твёрдого тела.… …   Энциклопедический словарь

  • Носители заряда — общее название подвижных частиц или квазичастиц, которые несут электрический заряд и способны обеспечивать протекание электрического тока. Примерами подвижных частиц являются электроны, ионы. Примером квазичастицы носителя заряда является дырка.… …   Википедия

Электрический ток Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Ток.

Электри́ческий ток — направленное (упорядоченное) движение частиц или квазичастиц — носителей электрического заряда[1][2][3].

Такими носителями могут являться: в металлах — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны, в вакууме при определённых условиях — электроны, в полупроводниках — электроны или дырки (электронно-дырочная проводимость). Иногда электрическим током называют также ток смещения, возникающий в результате изменения во времени электрического поля[4].

Электрический ток имеет следующие проявления:

Классификация

Если заряженные частицы движутся внутри макроскопических тел относительно той или иной среды, то такой ток называют электрический ток проводимости. Если движутся макроскопические заряженные тела (например, заряженные капли дождя), то этот ток называют конвекционным[3].

Различают постоянный и переменный электрические токи, а также всевозможные разновидности переменного тока. В таких понятиях часто слово «электрический» опускают.

  • Постоянный ток — ток, направление и величина которого не меняются во времени.
  • Переменный ток — электрический ток, изменяющийся во времени[5]. Под переменным током понимают любой ток, не являющийся постоянным.
  • Периодический ток — электрический ток, мгновенные значения которого повторяются через равные интервалы времени в неизменной последовательности[5].
  • Синусоидальный ток — периодический электрический ток, являющийся синусоидальной функцией времени[5]. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону[6]. В этом случае потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал). В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудным значением, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется.
  • Квазистационарный ток — «относительно медленно изменяющийся переменный ток, для мгновенных значений которого с достаточной точностью выполняются законы постоянных токов» (БСЭ)[7]. Этими законами являются

Диэлектрик — Википедия

Диэле́ктрик (изолятор) (от греч. dia — через и англ. electric — электрический) — вещество (материал), относительно плохо проводящее электрический ток. Электрические свойства диэлектриков определяются их способностью к поляризации во внешнем электрическом поле. Термин введён английским физиком М. Фарадеем[1].

Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см−3. С точки зрения электродинамики диэлектрик — среда с малым на рассматриваемой частоте значением тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ≪1{\displaystyle \mathrm {tg} \,\delta \ll 1})[2], в такой среде сила тока проводимости[3] много меньше силы тока смещения. Под идеальным диэлектриком понимают среду со значением tgδ=0{\displaystyle \mathrm {tg} \,\delta =0}, прочие диэлектрики называют реальными или диэлектриками (средами) с потерями. С точки зрения зонной теории твёрдого тела диэлектрик — вещество с шириной запрещённой зоны больше 3 эВ.

Условно к проводникам относят материалы с удельным электрическим сопротивлением ρ < 10−5 Ом·м, а к диэлектрикам — материалы, у которых ρ > 108 Ом·м. При этом надо заметить, что удельное сопротивление хороших проводников может составлять всего 10−8 Ом·м, а у лучших диэлектриков превосходить 1016 Ом·м. Удельное сопротивление полупроводников в зависимости от строения и состава материалов, а также от условий их эксплуатации может изменяться в пределах 10−5—108 Ом·м. Хорошими проводниками электрического тока являются металлы. Из 105 химических элементов лишь двадцать пять являются неметаллами, причём двенадцать элементов могут проявлять полупроводниковые свойства. Но кроме элементарных веществ существуют тысячи химических соединений, сплавов или композитов со свойствами проводников, полупроводников или диэлектриков. Чёткую границу между значениями удельного сопротивления различных классов материалов провести достаточно сложно. Например, многие полупроводники при низких температурах ведут себя подобно диэлектрикам. В то же время диэлектрики при сильном нагревании могут проявлять свойства полупроводников. Качественное различие состоит в том, что для металлов проводящее состояние является основным, а для полупроводников и диэлектриков — возбуждённым.

Развитие радиотехники потребовало создания материалов, в которых специфические электромагнитные свойства на радиочастотах сочетаются с необходимыми физико-механическими параметрами. Такие материалы называют высокочастотными. Для понимания электрических, магнитных и механических свойств материалов, а также причин старения нужны знания их химического и фазового состава, атомной структуры и структурных дефектов.

Удельное сопротивление деионизированной воды (см. также: бидистиллят) — 18 МОм·см.

Параметры диэлектриков определяют их механические (упругость, прочность, твердость, вязкость), тепловые (тепловое расширение, теплоемкость, теплопроводность), электрические (электропроводность, поляризация, поглощение энергии, электрическая прочность), магнитные, оптические свойства, а также определяют их электрический, механический, тепловой отклики на воздействие электрического поля, механического напряжения, температуры[4].

К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стёкла, различные смолы, пластмассы.

Ряд диэлектриков проявляют интересные физические свойства. К ним относятся электреты, пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнетоэластики, сегнетоэлектрики, релаксоры и сегнетомагнетики.

При применении диэлектриков — одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов — довольно четко определилась необходимость использования как пассивных, так и активных свойств.

Диэлектрики используются не только как изоляционные материалы.

Пассивные свойства[править | править код]

Пассивные свойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов, то есть с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств, приборов и аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли). В этих случаях диэлектрическая проницаемость материала не играет особой роли или она должна быть возможно меньшей, чтобы не вносить в схемы паразитных ёмкостей. Если материал используется в качестве диэлектрика конденсатора определённой ёмкости и наименьших размеров, то при прочих равных условиях желательно, чтобы этот материал имел большую диэлектрическую проницаемость.

Активные свойства диэлектриков[править | править код]

Активными (управляемыми) диэлектриками являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электролюминофоры, материалы для излучателей и затворов в лазерной технике, электреты и др.

  • Рез И. С., Поплавко Ю. М. Диэлектрики. Основные свойства и применения в электронике. — М.: Радио и связь, 1989. — 288 с. — ISBN 5-256-00235-X.
  • Богородицкий Н. П., Волокобинский Ю. М., Воробьев А. А., Тареев Б. М. Теория диэлектриков. — М.Л.: Энергия, 1965. — 344 с. — 10 000 экз.
  • Орешкин П. Т. Физика полупроводников и диэлектриков. — М.: Высшая школа, 1977. — 448 с. — 22 000 экз.
  • Горелик С. С., Дашевский В. Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков. — М., Металлургия, 1988. — 574 с.
  • Киселев В. Ф. Поверхностные явления в полупроводниках и диэлектриках. — М., Наука, 1970. — Тираж 7800 экз. — 399 с.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *