Pembawa arus listrik

Listrik saat ini biasanya didefinisikan sebagai "muatan listrik dan medan elektromagnetik terkait". Keberadaan muatan listrik itu sendiri diungkapkan oleh aksi kuat mereka pada muatan lain. Ruang di sekitar setiap muatan memiliki sifat khusus: gaya listrik bekerja di dalamnya, yang terwujud ketika muatan lain dimasukkan ke dalam ruang ini. Ini ruang seperti itu kekuatan medan listrik.

Sementara muatannya tidak bergerak, ruang di antara mereka memiliki sifat medan listrik (elektrostatis).… Tapi saat muatannya bergerak, maka ada juga di sekitarnya Medan gaya… Kami mempertimbangkan sifat medan listrik dan medan magnet secara terpisah, tetapi pada kenyataannya proses kelistrikan selalu terkait dengan keberadaan medan elektromagnetik.

Muatan listrik terkecil dimasukkan sebagai komponen dalam atom... Atom adalah bagian terkecil dari unsur kimia yang membawa sifat kimianya. Atom adalah sistem yang sangat kompleks. Sebagian besar massanya terkonsentrasi di inti. Partikel elementer bermuatan listrik berputar mengelilingi yang terakhir dalam orbit tertentu — elektron.

Gaya gravitasi membuat planet bergerak mengelilingi Matahari dalam orbitnya, dan elektron tertarik ke inti atom oleh gaya listrik. Diketahui dari pengalaman bahwa hanya muatan yang berlawanan yang menarik satu sama lain. Oleh karena itu, muatan pada inti atom dan elektron harus berbeda tandanya. Untuk alasan historis, biasanya muatan inti dianggap positif dan muatan elektron negatif.

Sejumlah percobaan telah menunjukkan bahwa elektron atom dari setiap unsur memiliki muatan listrik yang sama dan massa yang sama. Pada saat yang sama, muatan elektronik bersifat elementer, yaitu muatan listrik sekecil mungkin.

Merupakan kebiasaan untuk membedakan antara elektron yang terletak di orbit dalam atom dan di orbit luar. Elektron bagian dalam dipegang relatif erat di orbitnya oleh gaya intraatomik. Tetapi elektron terluar relatif dapat dengan mudah terlepas dari atom dan tetap bebas untuk sementara waktu atau menempel pada atom lain. Sifat kimia dan listrik atom ditentukan oleh elektron di orbit terluarnya.

Besarnya muatan positif pada inti atom menentukan apakah atom termasuk unsur kimia tertentu. Sebuah atom (atau molekul) bersifat netral selama jumlah muatan negatif pada elektron sama dengan muatan positif pada inti. Tetapi atom yang kehilangan satu atau lebih elektron menjadi bermuatan positif karena kelebihan muatan positif pada inti. Ia dapat bergerak di bawah pengaruh gaya listrik (menarik atau menjijikkan). Atom seperti itu ion positif… Sebuah atom yang telah menangkap kelebihan elektron menjadi ion negatif.

Pembawa muatan positif dalam inti atom adalah proton… Ini adalah partikel elementer yang berfungsi sebagai inti atom hidrogen. Muatan positif proton secara numerik sama dengan muatan negatif elektron, tetapi massa proton adalah 1836 kali massa elektron. Inti atom, selain proton, juga mengandung neutron — partikel yang tidak bermuatan listrik. Massa neutron adalah 1838 kali massa elektron.

Jadi, dari tiga partikel elementer penyusun atom, hanya elektron dan proton yang memiliki muatan listrik, tetapi hanya elektron bermuatan negatif yang dapat dengan mudah bergerak di dalam zat, dan muatan positif dalam kondisi normal hanya dapat bergerak dalam bentuk ion berat, yaitu transfer atom-atom zat.

Pergerakan muatan listrik yang teratur terbentuk, yaitu gerakan yang memiliki arah dominan di ruang angkasa listrik… Partikel yang gerakannya menghasilkan arus listrik — pembawa arus dalam banyak kasus adalah elektron dan lebih jarang - ion.

Membiarkan beberapa ketidakakuratan, adalah mungkin untuk mendefinisikan arus sebagai pergerakan muatan listrik yang diarahkan. Pembawa arus dapat bergerak lebih atau kurang bebas dalam substansi.

Dari kabel disebut zat yang menghantarkan arus dengan relatif baik. Semua logam adalah konduktor, terutama perak, tembaga, dan aluminium.

Konduktivitas logam dijelaskan oleh fakta bahwa di dalamnya beberapa elektron terluar dipisahkan dari atom. Eksperimen positif yang dihasilkan dari hilangnya elektron ini terhubung dalam kisi kristal - kerangka padat (ionik), di ruang yang terdapat elektron bebas dalam bentuk sejenis gas elektron.

Medan listrik eksternal terkecil menciptakan arus dalam logam, yaitu memaksa elektron bebas untuk bercampur ke arah gaya listrik yang bekerja padanya. Logam dicirikan oleh penurunan konduktivitas dengan meningkatnya suhu.

Semikonduktor menghantarkan arus listrik jauh lebih buruk daripada kabel. Sejumlah besar zat termasuk dalam jumlah semikonduktor dan sifatnya sangat beragam. Konduktivitas elektronik adalah karakteristik semikonduktor (yaitu, arus di dalamnya dibuat, seperti pada logam, oleh pergerakan terarah elektron bebas - bukan ion) dan, tidak seperti logam, peningkatan konduktivitas dengan kenaikan suhu. Secara umum, semikonduktor juga dicirikan oleh ketergantungan konduktivitasnya yang kuat pada pengaruh eksternal - radiasi, tekanan, dll.

Dielektrik (isolator) mereka praktis tidak melakukan arus. Medan listrik luar menyebabkan npolarisasi atom, molekul atau ion dielektrikperpindahan di bawah aksi medan eksternal dari muatan yang terikat secara elastis yang membentuk atom atau molekul dielektrik. Jumlah elektron bebas dalam dielektrik sangat kecil.

Anda tidak dapat menentukan batas keras antara konduktor, semikonduktor, dan dielektrik. Dalam perangkat listrik, kabel berfungsi sebagai jalur pergerakan muatan listrik, dan dielektrik diperlukan untuk mengarahkan pergerakan ini dengan benar.

Arus listrik tercipta karena aksi pada muatan gaya yang tidak berasal dari elektrostatis, yang disebut gaya eksternal.Mereka menciptakan medan listrik di kawat, yang memaksa muatan positif bergerak ke arah gaya medan, dan muatan negatif, elektron, ke arah yang berlawanan.

Hal ini berguna untuk mengklarifikasi konsep gerak translasi elektron dalam logam. Elektron bebas berada dalam keadaan gerakan acak di ruang antar atom, dalam gerakan termal balik molekul. Keadaan termal tubuh disebabkan oleh tumbukan molekul satu sama lain dan tumbukan elektron dengan molekul.

Elektron bertabrakan dengan molekul dan mengubah arah gerakannya, tetapi secara bertahap terus bergerak maju, menggambarkan kurva yang sangat kompleks. Pergerakan jangka panjang dari partikel bermuatan dalam satu arah tertentu, ditumpangkan pada gerakan kacau mereka ke arah yang berbeda, disebut pergeserannya. Jadi, arus listrik dalam logam, menurut pandangan modern, adalah aliran partikel bermuatan.