Электрический ток... Этот термин знаком каждому с детства, но над его смыслом задумываются не все. Между тем, понимание этого явления крайне важно для свободного исследования интереснейшего мира радиоэлектроники!
В учебнике написано:
Электрический ток - это упорядоченное движение электрических зарядов.
Но что такое электрический заряд? Для ответа на этот вопрос рассмотрим планетарную модель атома.
Атом состоит из трёх видов частиц - протонов (p), нейтронов (n) и электронов (e). Протоны и нейтроны составляют массивное ядро, около которого летают электроны.
У этих частиц две главные характеристики - масса и тот самый электрический заряд:
- Нейтрон имеет массу (≈1 а. е. м.) и не имеет заряда (электрически нейтрален);
- Протон имеет массу (≈1 а. е. м.) и положительный заряд;
- Электрон почти не имеет массы, но обладает отрицательным зарядом, по модулю равным заряду протона.
Как видно, протон и электрон являются носителями электрического заряда. Их заряды элементарны (меньшей порции заряда не может быть), равны по абсолютной величине и противоположны по знаку. И взаимодействуют они также, как полюса магнитов - разноимëнные заряды притягиваются, одноимëнные - отталкиваются. Причëм происходит это и на расстоянии, посредством электрического поля, которое создаëт вокруг себя любой заряженный объект.
В нормальном состоянии атом содержит одинаковое число протонов и электронов. В таком случае их заряды компенсируют друг друга, и атом называют нейтральным. Но из-за теплового движения, воздействия внешних электрических полей и других факторов количество электронов в атоме может изменяться (число протонов для конкретного химического элемента неизменно). Если электронов больше, чем протонов, то отрицательный заряд "перетягивает", и атом называют отрицательным ионом, или анионом. Если же электронов меньше, чем протонов, то "перетягивает" положительный заряд, и атом называют положительным ионом, или катионом.
И электроны, и оба вида ионов могут выступать в качестве носителей зарядов в электрическом токе.
В твëрдых веществах атомы жëстко связаны кристаллической решëткой и их движения очень ограничены, поэтому основными носителями там являются электроны.
У жидкостей нет кристаллической решётки, но атомы всë ещë находятся достаточно близко друг к другу, поэтому там заряды могут переносить и ионы, и электроны.
В газах также нет кристаллической решётки, но атомы там находятся слишком далеко друг от друга, чтобы "перекидываться" электронами; поэтому основными носителями заряда там выступают ионы.
С зарядами разобрались, а что же с их упорядоченным движением?
Для возникновения движения зарядов необходима разность потенциалов, или напряжение, между двумя точками.
Возьмëм самый простой источник напряжения - батарейку (правильно она зовëтся гальваническим элементом). На еë положительном контакте электронов почти нет (там катионы), а на отрицательном их наоборот очень много (там анионы). Если дать электронам возможность перемещаться между контактами батарейки, то они будут стремиться к уравновешиванию зарядов на них, создавая электрический ток.
А как электронам попасть с одного контакта на другой? Правильно, через полезную нагрузку - какое-нибудь электронное устройство - по проводам. Но для проводов подойдëт далеко не каждый материал. Все вещества можно поделить на три группы:
- Проводники. Эти вещества хорошо проводят электрический ток, так как у них много свободных носителей заряда - то есть таких электронов/ионов, которые хаотически перемещаются по всей массе вещества. К таким веществам относятся все металлы и специальные растворы - электролиты;
- Полупроводники. Это хитрые вещества, в которых количество свободных носителей заряда может меняться под воздействием внешних факторов - света, электрического тока, магнитного поля, радиации и т. д., то есть они то проводят ток, то не проводят. Такими веществами являются германий, кремний, мышьяк, галенит и др.;
- Диэлектрики (изоляторы). В этих веществах свободных носителей почти нет и они не проводят ток. К таким веществам относятся стекло, слюда, растительные масла, газы при нормальных условиях, вода (дистиллированная) и др.
Надеюсь, данная заметка будет кому-нибудь полезна. Буду рад вопросам в комментариях!