Электрический ток в различных средах

Электрический ток в металлах
Все металлы являются проводниками электрического тока.
Строение металлов – пространственная кристаллическая решетка, узлы которой совпадают с центрами + ионов, а вокруг ионов хаотически движутся свободные электроны
В металлах - электронная проводимость
Электрическим током в металлах называют упорядоченное движение свободных электронов
Опыт Л.И. Мандельштама и Н.Д. Папалекси (1913) экспериментально доказывает электронную проводимость металлов.

Сила тока в проводнике
I
Зависимость силы тока от напряжения (ВАХ) в проводнике определяется законом Ома

Зависимость сопротивления проводника от температуры

Применение тока в металлах:
Передача электроэнергии от источника к потребителям
В электродвигателях и генераторах
В нагревательных приборах

Электрический ток в полупроводниках
Полупроводниками называют вещества, удельное сопротивление которых убывает с повышением температуры
К полупроводникам относятся кремний, германий, селен и др.
Связь между атомами – парноэлектронная, или ковалентная
При низких температурах связи не разрываются

Проводимость полупроводников
При повышении температуры происходит разрыв связи: образуются свободные электроны и вакантные места с недостающими электронами – дырки
В чистых полупроводниках –собственная проводимость (электронно - дырочная) .
Донорные примеси - это примеси, отдающие лишний валентный электрон
Полупроводники с донорными примесями обладают электронной проводимостью и называются полупроводниками n–типа.
Акцепторные примеси – это примеси, у которых не достает электронов для образования полной ковалентной связи с соседними атомами.
Полупроводники с акцепторными примесями обладают дырочной проводимостью и называются полупроводниками p-типа.

Электрический ток в вакууме
Вакуумом называется такая степень разряжения газа, при которой можно считать, что длина свободного пробега молекул превышает линейные размеры сосуда.
Электрический ток в вакууме отсутствует, т.к. нет свободных носителей заряда.
Термоэлектронная эмиссия – испускание электронов нагретыми телами.
Ток в вакууме осуществляется за счет термоэлектронной эмиссии и представляет собой направленное движение электронов от катода к аноду.

Вакуумный диод – пробор с односторонней проводимостью.
Нелинейность ВАХ объясняется тем что:
свободные электроны испускаются катодом в ограниченном количестве;
на движение электронов оказывает влияние поле пространственного заряда электронного облака у катода.

Электронные пучки
Если в аноде электронной лампы сделать отверстие, то часть электронов, ускоренных электрическим полем, пролетит в отверстие, образуя за анодом электронный пучок.

Электрический ток в жидкостях

Электролиты – растворы солей, кислот и щелочей.
Электролитическая диссоциация – распад молекул электролита на ионы под действием растворителя.
CuSO4 = Cu2+ +SO42-
Электролиты обладают ионной проводимостью.
При ионной проводимости прохождение тока сопровождается переносом вещества.
Расплавы металлов, ртуть обладают электронной проводимостью.

Электролиз – процесс выделения вещества на электродах, связанный с окислительно-восстановительными реакциями.
Закон Фарадея

Применение электролиза
Очистка металлов от примесей (получение чистой меди, алюминия из расплава бокситов).
Гальваностегия – покрытие изделий тонким слоем металлов (никелирование, хромирование…).
Гальванопластика – получение металлических копий с рельефных поверхностей (Б.С. Якоби применил в 1836г. для изготовления полых фигур для Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге).

Электрический ток в газах
Процесс протекания электрического тока через газ называется газовым разрядом
Газы в нормальных условиях – диэлектрики (состоят их нейтральных молекул и атомов)
Внешние ионизаторы (ультрафиолетовое, рентгеновское, радиоактивное излучения, сильное нагревание) вызывают распад части молекул на положительные ионы и электроны; также могут образовываться отрицательные ионы при присоединении электронов к нейтральным атомам.
Ионизация – распад атомов на положительные ионы и электроны.
Рекомбинация – обратный процесс, т.е. процесс нейтрализации ионов.
В газах электронно-ионная проводимость

Несамостоятельный и самостоятельный разряды
Несамостоятельный газовый разряд происходит под действием внешнего ионизатора (участки I и II на ВАХ).
Насыщение (участок II) – все образующиеся заряженные частицы достигают электродов.
Самостоятельный газовый разряд – продолжается без внешнего ионизатора (участок III).
Ионизация осуществляется электронным
ударом. Возможна при условии
(m,v – масса и скорость электрона; Аi – работа ионизации), поэтому осуществляется при большой напряженности электрического поля и\или при высокой температуре.

Различные типы самостоятельного разряда