Електричний струм у різних середовищах

Носіями струму в електролітах і розплавах солей є іони різного знаку, тому вони рухаються до електродів: від’ємні іони рухаються до позитивного електрода (анод), а позитивні – до катода.

Перший закон Фарадея:маса речовини m, що виділяється при електролізі на кожному з електродів, прямо пропорційна величині заряду, що проходить через електроліт m = kq, або m = k It ,

де k – електрохімічний еквівалент (кг/Кл), I – сила струму, t – час його проходження через електроліт.

Другий закон Фарадея:електрохімічні еквіваленти речовин прямо пропорційні хімічним еквівалентам k = ,

де F – число Фарадея (F = 9,65×10⁷ Кл/кг×екв.)

За звичайних умов гази майже повністю складаються із нейтральних атомів чи молекул, тому є діелектриками. Для того, щоб газ почав проводити електричний струм, його потрібно іонізувати. Завдяки іонізації в газі утворюються вільні носії електричного заряду - іони та електрони.

Процес проходження електричного струму через газ називають газовим розрядом.Розряд у газі, який відбувається під дією іонізатора, називають несамостійним. Значення сили струму в газі зростає зі збільшенням прикладеної напруги, і при деякому значенні стає незмінним, тобто струм досягає насичення. Якщо і далі продовжувати підвищувати напругу на електродах, то за деякої граничної напруги сила струму знову почне зростати (рис. 1).

рис. 1

Розряд, який може існувати без зовнішнього іонізатора, називають самостійним розрядом.

Плазма - це частково чи повністю іонізований газ, в якому густини позитивних і негативних зарядів майже збігаються. У цілому плазма являє собою електрично нейтральну систему. Провідність плазми підвищується зі зростанням ступеня іонізації.

Вакуум являється ізолятором. Для отримання носіїв струму у вакуумі використовують явище термоелектронної емісії – явище випускання електронів твердими тілами та рідинами , яке відбувається внаслідок їх нагрівання. (рис. 2)

Рис. 2

Щоб вийти з металевого електрода, електрони виконують роботу проти сил притягання з боку катода і відштовхування з боку інших електронів хмаринки. Цю роботу називають роботою виходу електронів з металу. Різниця між гарячим і холодним електродами, впаяними в закриту посудину, із якої відкачують повітря, полягає в односторонній провідності електричного струму між ними. Односторонню провідність використовують в електронних приладах з двома електродами - вакуумних діодах. Вакуумні діоди використовують для випрямлення змінного електричного струму поряд з напівпровідниковими діодами.

Питомий опір низки простих елементів (кремнію, германію, селену тощо) та деяких оксидів, сульфідів, телуридів з підвищенням температури не зростає, як у металів, а, навпаки, різко зменшується (рис. 3). Такі речовини назвали напівпровідниками.

Рис. 3

Як видно з графіка, при температурах, що наближаються до абсолютного нуля, питомий опір різко зростає, тобто при низьких температурах T напівпровідник веде себе як діелектрик.

З підвищенням температури кристала (або під час попадання на нього світла) деякі ковалентні зв'язки руйнуються, а на місці кожного розірваного зв'язку відразу утворюється вакантне місце з нестачею електрона. Його називають діркою. Дірка – це нескомпенсований позитивний заряд атома напівпровідника, що здатний переміщуватись в кристалі, як вільний електрон. Під дією зовнішнього електричного поля в напівпровіднику виникає впорядкований рух вільних електронів (електронна провідність) та переміщення дірок (діркова провідність). Провідність чистих напівпровідників, що не мають ніяких домішок, називають власною провідністю. За наявності домішок поряд із власною провідністю виникає додаткова - домішкова провідність.

Домішки, що легко віддають електрони, і, отже, збільшують кількість вільних носіїв, називають донорними домішками. Донорні домішки – це атоми з вищою валентністю ніж атоми основного напівпровідника. Напівпровідники з донорною провідністю мають більшу кількість електронів порівняно з кількістю дірок. Їх називають напівпровідниками n-типу. У них електрони є основними носіями заряду, а дірки - неосновними.

Домішки, які забезпечують збільшення концентрації дірок, називають акцепторними (приймальними). Акцепторні домішки – це атоми з нижчою валентністю ніж атоми основного напівпровідника Напівпровідники, в яких переважає діркова провідність над електронною, називають напівпровідниками р-типу. Основними носіями заряду таких напівпровідників є дірки, а неосновними - електрони.

Контакт двох напівпровідників з різною провідністю, на межі якого електрони частково переходять із напівпровідника n-типу в напівпровідник р-типу, а дірки – навпаки (рис.4), називають р-n-переходом.

Рис.4