Condução elétrica

Condução elétrica é o movimento de através da matéria. O movimento pode dar forma ao em resposta ao . O mecanismo subjacente para este movimento depende do material.

A condução bem-é descrita perto Lei Do Ohm, que indica que a corrente é proporcional ao campo elétrico aplicado. A facilidade com que densidade atual (atual por a área) j aparece em um material é medido pelo ?, definido como:

j = ? E

ou seu recíproco resistivity ?:

j = E / ?

Em materiais anisotropic, ? e ? seja .

Índices

Sólidos (sólidos isolando including)

Em sólidos cristalinos, os átomos interagem com seus vizinhos, e os níveis de energia dos elétrons em átomos isolados giram em faixas. Se um material conduz ou não é determinado pelo seu estrutura da faixa. Elétrons, sendo , seguem , que dois elétrons não podem ocupar o mesmo estado. Assim os elétrons em um contínuo enchem acima as faixas da energia até um determinado nível, chamado . As faixas que estão completamente cheias dos elétrons não podem conduzir a eletricidade, porque não há nenhum estado da energia próxima a que os elétrons podem saltar. Materiais em que todas as faixas estão cheias (i.e. a energia de Fermi está entre duas faixas) é . Em alguns casos, entretanto, a teoria da faixa quebra para baixo e os materiais que são preditos para ser condutores pela teoria da faixa giram para fora para ser isoladores. Isoladores de Mott e Isoladores de transferência da carga são duas tais classes dos isoladores.

Metais

Metais são os condutores bons porque têm espaço unfilled na faixa da energia do valence. Na ausência de um campo elétrico, existe os elétrons que viajam em todos os sentidos e em muitas velocidades diferentes até a velocidade de Fermi (a velocidade dos elétrons no ). Quando um campo elétrico é aplicado, um desequilíbrio ligeiro torna-se e os elétrons móveis fluem. Os elétrons nesta faixa podem ser acelerados pelo campo porque há uma abundância de estados unfilled próximos na faixa.

A resistência vem aproximadamente em um metal por causa do dos elétrons dos defeitos no lattice ou perto phonons. Uma teoria crua da condução em metais simples é Modelo de Drude, em que dispersar é caracterizado por uma estadia do relaxation ?. O conductivity é dado então pela fórmula

<math>\sigma = \frac{ne^2 \tau}{m}</math>

onde n é a densidade de elétrons da condução, e é a carga do elétron, e m é a massa do elétron. Um modelo melhor é a teoria semiclassical so-called, em que o efeito do potencial periódico do lattice nos elétrons os dá .

Semicondutores

Um sólido com faixas enchidas é um isolador, mas na temperatura finita, os elétrons podem tèrmica ser excitados do ao mais elevado seguinte, . A fração dos elétrons excitados nesta maneira depende da temperatura e , a diferença da energia entre as duas faixas. Excitar estes elétrons na faixa de condução sae atrás do carregado positivamente na faixa do valence, que pode também conduzir a eletricidade. Veja para mais detalhes.

Nos semicondutores, as impurezas afetam extremamente a concentração e o tipo de portadores da carga. As impurezas fornecedoras (do n-tipo) têm elétrons extra do valence com energias muito perto da faixa de condução que pode fàcilmente tèrmica ser excitada à faixa de condução. As impurezas do aceitador (p-tipo) capturam elétrons da faixa do valence, permitindo a formação fácil dos furos. Se um isolador doped com bastante impurezas, a Transição de Mott pode ocorrer, e o isolador gira em um condutor.

Superconductors

Nos metais e em determinados outros materiais, uma transição ocorre na temperatura baixa ao . Por uma interação mediou por alguma outra parte do sistema (nos metais, nos phonons), os elétrons emparelham-se acima em Pares do cooper. emparelha o formulário a que tem a resistência zero.

Eletrólitos

Correntes elétricas dentro é fluxos do carregado eletricamente (). Para o exemplo, se um campo elétrico for colocado através de uma solução de + e , os íons do sodium mover-se-ão constantemente para o elétrodo negativo (cátodo), quando os íons do cloro se moverão para o elétrodo positivo (ânodo). Se as circunstâncias forem direitas, ocorrerão nas superfícies do elétrodo, liberando elétrons do cloro, e permitem que os elétrons sejam absorvidos no sodium.

O water-ice e determinados eletrólitos contínuos chamaram-se condutores do proton contenha os íons de hidrogênio positivos que estão livres se mover. Nestes materiais, as correntes da eletricidade são compostas de protons moventes.

Em determinadas misturas do eletrólito, as populações de íons brilhante-coloridos dão forma às cargas elétricas moventes. A migração lenta destes íons durante uma corrente elétrica é um exemplo de uma situação onde uma corrente seja diretamente visível aos olhos humanos.

Gáses e plasmas

No ponto morto , é muito baixo. Agem como a ou , acima até o campo elétrico alcança um valor da avaria, livrando os elétrons dos átomos em um processo do avalanche que dá forma assim a a plasma. Este plasma fornece elétrons móveis e os íons positivos, agindo como um condutor que suporte correntes elétricas e dê forma a a faísca, arco ou . No ar ordinário abaixo do campo da avaria, a fonte dominante da condução elétrica é através dos íons móveis produzidos por gáses radioativos e por raios cosmic.

Plasma é o estado da matéria onde alguns dos elétrons em um gás são descascados ou "ionizados" do seu ou átomos. Um plasma pode ser dado forma pela elevação , ou pela aplicação de um campo elétrico como notável acima. devido a sua massa mais baixa, os elétrons em um plasma aceleram mais rapidamente em resposta a um campo elétrico do que os íons positivos mais pesados, e daqui carregam o volume da corrente.

Vácuo

Desde que um vácuo não contem normalmente nenhuma partícula carregada, os vácuos comportam-se normalmente como isoladores bons. Entretanto, todas as superfícies do elétrodo do metal atuais em um vácuo podem fazer um vácuo em um condutor fornecendo uma nuvem de elétrons livres com o processo de emissão thermionic. Os elétrodos externamente aquecidos podem gerar uma nuvem do elétron, ou os elétrodos eles mesmos podem produzir uma nuvem do elétron através do heating espontâneo, para o exemplo, durante a arco do vácuo. e sprytrons são alguns dos dispositivos do switching eletrônico e da amplificação baseados no conductivity do vácuo.

Veja também

 

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