Vật mang dòng điện

Điện ngày nay thường được định nghĩa là "điện tích và trường điện từ liên quan". Sự tồn tại của các điện tích được bộc lộ qua tác dụng mạnh của chúng đối với các điện tích khác. Không gian xung quanh mỗi điện tích có các tính chất đặc biệt: lực điện tác dụng trong đó, được biểu hiện khi các điện tích khác được đưa vào không gian này. Đó là một không gian như vậy lực điện trường.

Khi các điện tích đứng yên thì khoảng không gian giữa chúng có tính chất trường điện (tĩnh điện)… Nhưng khi các điện tích chuyển động thì xung quanh chúng cũng có từ trường… Chúng ta xem xét các tính chất điện trường và từ trường một cách riêng biệt, nhưng trong thực tế, các quá trình điện luôn liên quan đến sự tồn tại trường điện từ.

Các điện tích nhỏ nhất được bao gồm như các thành phần trong nguyên tử... Nguyên tử là phần nhỏ nhất của nguyên tố hóa học mang những tính chất hóa học của nó. Một nguyên tử là một hệ thống rất phức tạp. Hầu hết khối lượng của nó tập trung ở lõi. Các hạt cơ bản tích điện xoay quanh hạt sau theo những quỹ đạo nhất định — điện tử.

Lực hấp dẫn giữ cho các hành tinh chuyển động quanh Mặt trời theo quỹ đạo và các electron bị lực điện hút vào hạt nhân nguyên tử. Theo kinh nghiệm, chỉ có các điện tích trái dấu mới hút nhau. Do đó, điện tích hạt nhân nguyên tử và điện tích electron phải khác dấu. Vì những lý do lịch sử, người ta thường coi điện tích của hạt nhân là điện tích dương và điện tích của các electron là điện tích âm.

Nhiều thí nghiệm đã chỉ ra rằng các electron trong nguyên tử của mỗi nguyên tố có cùng điện tích và cùng khối lượng. Đồng thời, điện tích là điện tích cơ bản, nghĩa là điện tích nhỏ nhất có thể.

Người ta thường phân biệt giữa các electron nằm ở quỹ đạo bên trong của nguyên tử và ở quỹ đạo bên ngoài. Các electron bên trong được giữ tương đối chặt trong quỹ đạo của chúng bởi các lực nội nguyên tử. Nhưng các electron bên ngoài có thể tương đối dễ dàng tách ra khỏi nguyên tử và vẫn tự do trong một thời gian hoặc gắn vào một nguyên tử khác. Các tính chất hóa học và điện của một nguyên tử được xác định bởi các electron trong quỹ đạo bên ngoài của nó.

Độ lớn của điện tích dương trên hạt nhân nguyên tử quyết định nguyên tử đó có thuộc về một nguyên tố hóa học nào đó hay không. Một nguyên tử (hoặc phân tử) trung hòa về điện khi tổng điện tích âm của các electron bằng điện tích dương của hạt nhân. Nhưng một nguyên tử bị mất một hoặc nhiều electron trở nên tích điện dương do có quá nhiều điện tích dương ở hạt nhân. Nó có thể chuyển động dưới tác dụng của lực điện (lực hút hoặc lực đẩy). Một nguyên tử như vậy là ion dương… Một nguyên tử đã thu giữ các electron dư thừa trở thành ion âm.

Hạt mang điện dương trong hạt nhân nguyên tử là proton… Nó là một hạt cơ bản đóng vai trò là hạt nhân của nguyên tử hydro. Điện tích dương của proton bằng điện tích âm của electron, nhưng khối lượng của proton gấp 1836 lần khối lượng của electron. Hạt nhân của các nguyên tử, ngoài các proton, còn chứa các neutron - các hạt không mang điện tích. Khối lượng của nơtron gấp 1838 lần khối lượng của electron.

Như vậy, trong ba hạt cơ bản cấu tạo nên nguyên tử chỉ có electron và proton là mang điện, nhưng trong số này chỉ có các electron mang điện tích âm mới dễ dàng chuyển động bên trong chất, còn các điện tích dương ở điều kiện bình thường chỉ có thể chuyển động trong dạng ion nặng, nghĩa là chuyển các nguyên tử của chất.

Sự chuyển động có trật tự của các điện tích được hình thành, tức là sự chuyển động có hướng chủ yếu trong không gian điện… Các hạt có chuyển động tạo ra dòng điện — các hạt tải điện hiện tại trong hầu hết các trường hợp là các electron và ít thường xuyên hơn - các ion.

Cho phép có một số sai sót nhất định, có thể định nghĩa dòng điện là chuyển động có hướng của các điện tích. Các hạt tải điện hiện tại có thể di chuyển ít nhiều tự do trong chất.

Từ dây được gọi là chất dẫn điện tương đối tốt. Tất cả các kim loại đều là chất dẫn điện, đặc biệt là bạc, đồng và nhôm.

Độ dẫn điện của kim loại được giải thích là do trong chúng một số electron ngoài cùng bị tách ra khỏi nguyên tử. Các thí nghiệm tích cực do sự mất mát của các electron này được kết nối trong một mạng tinh thể - một bộ xương rắn (ion), trong các không gian có các electron tự do ở dạng một loại khí điện tử.

Điện trường ngoài nhỏ nhất tạo ra dòng điện trong kim loại, nghĩa là buộc các electron tự do trộn lẫn theo hướng của lực điện tác dụng lên chúng. Kim loại được đặc trưng bởi giảm độ dẫn điện khi tăng nhiệt độ.

chất bán dẫn dẫn dòng điện kém hơn nhiều so với dây dẫn. Một số lượng rất lớn các chất thuộc về số chất bán dẫn và tính chất của chúng rất đa dạng. Độ dẫn điện tử là đặc trưng của chất bán dẫn (nghĩa là dòng điện trong chúng được tạo ra, giống như trong kim loại, do chuyển động có hướng của các electron tự do - không phải ion) và, không giống như kim loại, độ dẫn điện tăng khi nhiệt độ tăng. Nói chung, chất bán dẫn cũng được đặc trưng bởi sự phụ thuộc mạnh mẽ vào độ dẫn của chúng vào các tác động bên ngoài - bức xạ, áp suất, v.v.

Điện môi (chất cách điện) thực tế chúng không dẫn điện. Điện trường ngoài gây ra nsự phân cực của các nguyên tử, phân tử hoặc ion của chất điện môisự dịch chuyển dưới tác dụng của trường ngoài của các điện tích liên kết đàn hồi cấu tạo nên nguyên tử hoặc phân tử điện môi. Số lượng electron tự do trong chất điện môi là rất nhỏ.

Bạn không thể chỉ định ranh giới cứng giữa chất dẫn điện, chất bán dẫn và chất điện môi. Trong các thiết bị điện, dây dẫn đóng vai trò là đường dẫn cho sự chuyển động của các điện tích và cần có chất điện môi để định hướng chính xác chuyển động này.

Dòng điện được tạo ra do tác dụng lên điện tích của các lực không có nguồn gốc tĩnh điện, gọi là ngoại lực.Chúng tạo ra một điện trường trong dây, buộc các điện tích dương di chuyển theo hướng của lực trường và các điện tích âm, các electron, theo hướng ngược lại.

Cần làm rõ khái niệm chuyển động tịnh tiến của electron trong kim loại. Các êlectron tự do ở trạng thái chuyển động ngẫu nhiên trong khoảng không gian giữa các nguyên tử, trong chuyển động nhiệt ngược chiều của các phân tử. Trạng thái nhiệt của cơ thể được gây ra bởi sự va chạm của các phân tử với nhau và sự va chạm của các electron với các phân tử.

Electron va chạm với các phân tử và thay đổi hướng chuyển động của nó, nhưng dần dần tiếp tục di chuyển về phía trước, mô tả một đường cong rất phức tạp. Chuyển động dài hạn của các hạt tích điện theo một hướng cụ thể, chồng lên chuyển động hỗn loạn của chúng theo các hướng khác nhau, được gọi là sự trôi dạt của chúng. Như vậy, dòng điện trong kim loại, theo quan điểm hiện đại, là dòng chuyển động của các hạt mang điện.