Электропроводность

Электрический ток – это направленное движение электрических зарядов, за направление тока принимается направление движения положительных зарядов. Различают:

1) ток проводимости – направленное движение зарядов в проводящих телах (электроны в металлах, электроны и дырки в полупроводниках, ионы в электролитах, ионы и электроны в газах);

2) конвекционный ток – движение заряженных частиц в вакууме.

Ток всегда создает магнитное поле и в некоторых случаях оказывает тепловое и химическое действие. Основная характеристика тока – сила тока – заряд, протекающий через поперечное сечение проводника за 1 секунду: , .

Плотность электрического тока – векторная характеристика тока – это отношение силы тока, протекающего через малый элемент поверхности, нормальный к направлению движения заряженных частиц, образующих ток к площади этого элемента: , , где – заряд носителя тока; – концентрация носителей тока; – скорость движения носителей тока. Тогда сила тока в цепи равна: .

Линии тока – это линии, касательные к которым совпадают с векторами скорости упорядоченного движения зарядов.

Сопротивление характеризует способность элемента электрической цепи препятствовать протеканию тока. Активное сопротивление обусловлено взаимодействием движущихся зарядов с другими ионами вещества. Активное сопротивление металлических проводников определяется величиной удельного сопротивления (), длиной проводника и площадью его поперечного сечения: . Единица измерения сопротивления – Ом, удельного сопротивления – Ом·м.

Закон Ома для участка цепи – сила тока на участке цепи прямо пропорциональна падению напряжения на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению участка: .

Активное сопротивление проводников возрастает с увеличением температуры, так как амплитуда колебаний ионов в узлах кристаллической решетки увеличивается, и они в большей степени мешают направленному движению электронов: .

Сопротивление полупроводников, напротив, с увеличением температуры уменьшается, так как при этом увеличивается число носителей тока – электронов и дырок: , где ΔW – энергия активации электронов.

Рис. 4. Последовательное (а) и параллельное (б) соединение проводников

При последовательном соединении проводников сила тока на всех участках цепи одинакова: , , .

При параллельном соединении проводников падание напряжения на всех участках цепи одинаково: , , .