Portatori di corrente elettrica

L'elettricità oggi è solitamente definita come "cariche elettriche e campi elettromagnetici associati". L'esistenza stessa delle cariche elettriche è rivelata dalla loro forte azione su altre cariche. Lo spazio attorno a ciascuna carica ha proprietà speciali: in esso agiscono forze elettriche, che si manifestano quando altre cariche vengono introdotte in questo spazio. È un tale spazio forza campo elettrico.

Mentre le cariche sono stazionarie, lo spazio tra di loro ha proprietà campo elettrico (elettrostatico).… Ma quando le cariche si muovono, allora ci sono anche intorno a loro campo magnetico… Consideriamo separatamente le proprietà del campo elettrico e magnetico, ma in realtà i processi elettrici sono sempre legati all'esistenza campo elettromagnetico.

Le più piccole cariche elettriche sono incluse come componenti in atomo... Un atomo è la parte più piccola di un elemento chimico che ne porta le proprietà chimiche. Un atomo è un sistema molto complesso. La maggior parte della sua massa è concentrata nel nucleo. Particelle elementari elettricamente cariche ruotano attorno a quest'ultimo in certe orbite — elettroni.

Le forze gravitazionali mantengono i pianeti in movimento attorno al Sole in orbita e gli elettroni sono attratti dal nucleo dell'atomo dalle forze elettriche. È noto per esperienza che solo cariche opposte si attraggono. Pertanto, le cariche sul nucleo dell'atomo e degli elettroni devono essere di segno diverso. Per ragioni storiche, si è soliti pensare che la carica del nucleo sia positiva e che le cariche degli elettroni siano negative.

Numerosi esperimenti hanno dimostrato che gli elettroni degli atomi di ciascun elemento hanno la stessa carica elettrica e la stessa massa. Allo stesso tempo, la carica elettronica è elementare, cioè la più piccola carica elettrica possibile.

È consuetudine distinguere tra gli elettroni situati nelle orbite interne dell'atomo e nelle orbite esterne. Gli elettroni interni sono tenuti relativamente strettamente nelle loro orbite dalle forze intraatomiche. Ma gli elettroni esterni possono staccarsi relativamente facilmente dall'atomo e rimanere liberi per un po' oppure attaccarsi ad un altro atomo. Le proprietà chimiche ed elettriche di un atomo sono determinate dagli elettroni nelle sue orbite esterne.

L'entità della carica positiva sul nucleo dell'atomo determina se l'atomo appartiene a un certo elemento chimico. Un atomo (o molecola) è elettricamente neutro finché la somma delle cariche negative sugli elettroni è uguale alla carica positiva sul nucleo. Ma un atomo che ha perso uno o più elettroni si carica positivamente a causa dell'eccesso di carica positiva sul nucleo. Può muoversi sotto l'influenza di forze elettriche (attraenti o repulsive). Tale atomo è ione positivo… Un atomo che ha catturato gli elettroni in eccesso diventa ione negativo.

Il portatore di carica positiva nel nucleo di un atomo è protone… È una particella elementare che funge da nucleo dell'atomo di idrogeno. La carica positiva del protone è numericamente uguale alla carica negativa dell'elettrone, ma la massa del protone è 1836 volte la massa dell'elettrone. I nuclei degli atomi, oltre ai protoni, contengono anche neutroni, particelle prive di carica elettrica. La massa di un neutrone è 1838 volte la massa di un elettrone.

Così, delle tre particelle elementari che compongono gli atomi, solo l'elettrone e il protone hanno cariche elettriche, ma di queste solo gli elettroni con carica negativa possono muoversi agevolmente all'interno della sostanza, e le cariche positive in condizioni normali possono muoversi solo nella forma di ioni pesanti, cioè trasferimento degli atomi della sostanza.

Si forma il movimento ordinato delle cariche elettriche, cioè un movimento che ha una direzione predominante nello spazio elettricità… Particelle il cui movimento crea una corrente elettrica — i corrieri attuali nella maggior parte dei casi sono elettroni e molto meno spesso — ioni.

Con qualche imprecisione, è possibile definire la corrente come il movimento diretto di cariche elettriche. I vettori attuali possono muoversi più o meno liberamente nella sostanza.

Dai fili sono chiamate sostanze che conducono la corrente relativamente bene. Tutti i metalli sono conduttori, specialmente argento, rame e alluminio.

Conducibilità dei metalli è spiegato dal fatto che in essi alcuni degli elettroni esterni sono separati dagli atomi. Gli esperimenti positivi risultanti dalla perdita di questi elettroni sono collegati in un reticolo cristallino - uno scheletro solido (ionico), nei cui spazi ci sono elettroni liberi sotto forma di una specie di gas di elettroni.

Il più piccolo campo elettrico esterno crea una corrente nel metallo, cioè costringe gli elettroni liberi a mescolarsi nella direzione delle forze elettriche che agiscono su di essi. I metalli sono caratterizzati da diminuzione della conducibilità all'aumentare della temperatura.

Semiconduttori condurre la corrente elettrica molto peggio dei fili. Un numero molto elevato di sostanze appartiene al numero di semiconduttori e le loro proprietà sono molto diverse. La conduttività elettronica è caratteristica dei semiconduttori (ovvero, la corrente in essi viene creata, come nei metalli, dal movimento diretto di elettroni liberi, non ioni) e, a differenza dei metalli, un aumento della conduttività con l'aumentare della temperatura. In generale, i semiconduttori sono anche caratterizzati da una forte dipendenza della loro conduttività da influenze esterne: radiazioni, pressione, ecc.

Dielettrici (isolanti) praticamente non conducono corrente. Un campo elettrico esterno provoca npolarizzazione di atomi, molecole o ioni di dielettricispostamento sotto l'azione di un campo esterno delle cariche legate elasticamente che costituiscono un atomo o una molecola dielettrica. Il numero di elettroni liberi nei dielettrici è molto piccolo.

Non è possibile specificare confini rigidi tra conduttori, semiconduttori e dielettrici. Nei dispositivi elettrici, i fili fungono da percorso per il movimento delle cariche elettriche e sono necessari dielettrici per dirigere correttamente questo movimento.

La corrente elettrica si crea a causa dell'azione sulle cariche di forze di origine non elettrostatica, chiamate forze esterne.Creano un campo elettrico nel filo, che costringe le cariche positive a muoversi nella direzione delle forze del campo, e le cariche negative, gli elettroni, nella direzione opposta.

È utile chiarire il concetto di moto traslatorio degli elettroni nei metalli. Gli elettroni liberi sono in uno stato di movimento casuale nello spazio tra gli atomi, nel movimento termico inverso delle molecole. Lo stato termico del corpo è causato da collisioni di molecole tra loro e collisioni di elettroni con molecole.

L'elettrone si scontra con le molecole e cambia la direzione del suo movimento, ma gradualmente continua ad avanzare, descrivendo una curva molto complessa. Il movimento a lungo termine delle particelle cariche in una direzione specifica, sovrapposto al loro movimento caotico in direzioni diverse, è chiamato deriva. Pertanto, la corrente elettrica nei metalli, secondo le visioni moderne, è una deriva di particelle cariche.