Portadores de corrente elétrica

A eletricidade hoje é geralmente definida como "cargas elétricas e campos eletromagnéticos associados". A própria existência de cargas elétricas é revelada por sua forte ação sobre outras cargas. O espaço ao redor de cada carga tem propriedades especiais: forças elétricas atuam nele, que se manifestam quando outras cargas são introduzidas nesse espaço. É um espaço tão força campo elétrico.

Enquanto as cargas são estacionárias, o espaço entre elas tem propriedades campo elétrico (eletrostático)… Mas quando as cargas estão se movendo, também há ao redor delas campo magnético… Consideramos as propriedades dos campos elétrico e magnético separadamente, mas na realidade os processos elétricos estão sempre relacionados à existência campo eletromagnetico.

As menores cargas elétricas são incluídas como componentes em átomo... Um átomo é a menor parte de um elemento químico que carrega suas propriedades químicas. Um átomo é um sistema muito complexo. A maior parte de sua massa está concentrada no núcleo. Partículas elementares carregadas eletricamente giram em torno do último em certas órbitas - elétrons.

As forças gravitacionais mantêm os planetas se movendo ao redor do Sol em órbitas, e os elétrons são atraídos para o núcleo do átomo por forças elétricas. Sabe-se por experiência que apenas cargas opostas se atraem. Portanto, as cargas no núcleo do átomo e nos elétrons devem ter sinais diferentes. Por razões históricas, costuma-se pensar na carga do núcleo como positiva e nas cargas dos elétrons como negativas.

Numerosos experimentos mostraram que os elétrons dos átomos de cada elemento têm a mesma carga elétrica e a mesma massa. Ao mesmo tempo, a carga eletrônica é elementar, ou seja, a menor carga elétrica possível.

Costuma-se distinguir entre os elétrons localizados nas órbitas internas do átomo e nas órbitas externas. Os elétrons internos são mantidos relativamente firmes em suas órbitas por forças intraatômicas. Mas os elétrons externos podem se desprender do átomo com relativa facilidade e permanecer livres por um tempo ou se ligar a outro átomo. As propriedades químicas e elétricas de um átomo são determinadas pelos elétrons em suas órbitas externas.

A magnitude da carga positiva no núcleo do átomo determina se o átomo pertence a um determinado elemento químico. Um átomo (ou molécula) é eletricamente neutro enquanto a soma das cargas negativas dos elétrons for igual à carga positiva do núcleo. Mas um átomo que perdeu um ou mais elétrons torna-se carregado positivamente por causa do excesso de carga positiva no núcleo. Ele pode se mover sob a influência de forças elétricas (atrativas ou repulsivas). Tal átomo é íon positivo… Um átomo que capturou o excesso de elétrons torna-se íon negativo.

O portador de carga positiva no núcleo de um átomo é próton… É uma partícula elementar que serve como o núcleo do átomo de hidrogênio. A carga positiva do próton é numericamente igual à carga negativa do elétron, mas a massa do próton é 1836 vezes a massa do elétron. Os núcleos dos átomos, além dos prótons, também contêm nêutrons — partículas sem carga elétrica. A massa de um nêutron é 1838 vezes a massa de um elétron.

Assim, das três partículas elementares que constituem os átomos, apenas o elétron e o próton possuem cargas elétricas, mas destes, apenas os elétrons carregados negativamente podem se mover facilmente dentro da substância, e as cargas positivas em condições normais só podem se mover no forma de íons pesados, ou seja, transferência dos átomos da substância.

Forma-se o movimento ordenado das cargas elétricas, ou seja, um movimento que tem direção predominante no espaço eletricidade… Partículas cujo movimento cria uma corrente elétrica — as transportadoras atuais na maioria dos casos são elétrons e muito menos muitas vezes — íons.

Permitindo alguma imprecisão, é possível definir a corrente como o movimento direcionado de cargas elétricas. Os portadores atuais podem se mover mais ou menos livremente na substância.

De fios são chamados de substâncias que conduzem a corrente relativamente bem. Todos os metais são condutores, especialmente prata, cobre e alumínio.

Condutividade de metais é explicado pelo fato de que neles alguns dos elétrons externos são separados dos átomos. Os experimentos positivos resultantes da perda desses elétrons são conectados em uma rede cristalina - um esqueleto sólido (iônico), em cujos espaços existem elétrons livres na forma de uma espécie de gás de elétrons.

O menor campo elétrico externo cria uma corrente no metal, ou seja, força os elétrons livres a se misturarem na direção das forças elétricas que atuam sobre eles. Os metais são caracterizados por diminuição da condutividade com o aumento da temperatura.

Semicondutores conduzir corrente elétrica muito pior do que fios. Um número muito grande de substâncias pertence ao número de semicondutores e suas propriedades são muito diversas. A condutividade eletrônica é característica dos semicondutores (isto é, a corrente neles é criada, como nos metais, pelo movimento direcionado de elétrons livres - não íons) e, ao contrário dos metais, um aumento na condutividade com o aumento da temperatura. Em geral, os semicondutores também são caracterizados por uma forte dependência de sua condutividade de influências externas - radiação, pressão, etc.

Dielétricos (isolantes) eles praticamente não conduzem corrente. Um campo elétrico externo causa npolarização de átomos, moléculas ou íons de dielétricosdeslocamento sob a ação de um campo externo das cargas ligadas elasticamente que constituem um átomo ou molécula dielétrica. O número de elétrons livres em dielétricos é muito pequeno.

Você não pode especificar limites rígidos entre condutores, semicondutores e dielétricos. Nos dispositivos elétricos, os fios servem como um caminho para o movimento das cargas elétricas, e os dielétricos são necessários para direcionar adequadamente esse movimento.

A corrente elétrica é criada devido à ação sobre cargas de forças de origem não eletrostática, denominadas forças externas.Eles criam um campo elétrico no fio, que força as cargas positivas a se moverem na direção das forças do campo, e as cargas negativas, os elétrons, na direção oposta.

É útil esclarecer o conceito de movimento translacional de elétrons em metais. Os elétrons livres estão em um estado de movimento aleatório no espaço entre os átomos, no movimento térmico reverso das moléculas. O estado térmico do corpo é causado por colisões de moléculas entre si e colisões de elétrons com moléculas.

O elétron colide com moléculas e muda a direção de seu movimento, mas gradualmente continua avançando, descrevendo uma curva muito complexa. O movimento de longo prazo de partículas carregadas em uma direção específica, sobreposto ao seu movimento caótico em diferentes direções, é chamado de deriva. Assim, a corrente elétrica nos metais, de acordo com as visões modernas, é uma deriva de partículas carregadas.