Elektrické vedení
Elektrické vedení je hnutí účtoval částečky přes materiál (aktuální) v odezvě na elektrické pole. Základový mechanismus pro toto hnutí závisí na materiálu.
Klid po kterém proudu může být dělán k toku v materiálu je změřen vodivostí a sigma;, definovaný jak:
nebo jeho podobný resistivity a rho;:| Tabulka s obsahem |
| 1 pevné látky 2 Electrolytes 3 plyny a plasmas |
Efektivní hmota (m*) je důležité pojetí v fyzice pevného skupenství. To může být ukazováno to elektrony a díry v pevné látce reagovat na elektrické pole téměř jak jestliže oni byli volné částečky v prázdne, ale s různou hmotou. Tato hmota je obvykle řeknuta v jednotkách obyčejného množství elektronu e (9.11×10-31 kg).
Vyzbrojený tímto pojetím, my můžeme přijít s jednoduchým modelem vedení v pevných látkách. Když my aplikujeme elektrické pole, elektrony se zrychlují. Žádný materiál je dokonalý, nicméně, tak elektrony se nezrychlují navždy. My předpokládáme, že to tečkovalo přes krystal být scatterers. Měl by elektron rána do jednoho z těchto scatterers, to odskočí, jeho rychlost randomised. V průměru, elektron bude cestovat na nějaký čas a tau; předtím to udeří do jednoho z těchto míst.
Používat tento model, my můžeme vypočítat vodivost od charaketristického rozptylového času:
V kovech, hustota elektronu n je velmi velký, a od této doby vodivost je vysoká. Jinými slovy, kovy jsou dobří dirigenti elektřiny. Polovodiče přirozeně mít nízkou elektronovou hustotu, ale toto může být posíleno nečistotami připočítání (dopovat). Izolační látky typicky mít nízkou elektronovou hustotu, možná spojený s krátkým rozptylovým časem.
Elektrony následují Pauli princip vyloučení, znamenat, že dva elektrony nemohou zabírat stejný stát. Každý stát má fixovaný kinetická energie sdružila se s tím. V pevné látce, tam být mnoho, mnoho států, a energetické oddělení mezi státy je velmi malé. Nicméně, jediné dostupné státy jsou v jistých energetických oblastech, volal skupiny. Zamítnuté oblasti jsou nazývány Brillouin zónami.
Elektrony v pevné látce budou inklinovat vyrovnat se do nejnižších dostupných energetických stavů. Volně mluvit, nejvyšší obsazená energie u nulové teploty je nazývána Fermi energií. V polovodičích a izolačních látkách, Fermi energie je uvnitř jeden z zamítnutých oblastí. Toto znamená, že elektrony se plní k přesně vrchol jednoho z skupin a žádné elektrony zadají příští nejvyšší skupinu. Nejvyšší obsazené pásmo je nazýváno skupinou valence, příští nejvyšší skupina je nazývána pásmem vodivostia rozdílem energie mezitím dva je nazýván zakázaným pásmem. Elektrony ve skupině valence nemohou zrychlovat se v odezvě na elektrické pole, protože nejsou tam žádné dostupné státy kde elektrony by pohybovaly některým rychleji. Od této doby je žádné vedení.
Dobře, téměř žádné vedení. Náležitý k tepelné energii, některé ty elektrony (říkat, jeden z každé miliardy miliardy) od valence skupina spontánně skočí do pásma vodivosti. Ten maličký počet elektronů (100,000 na krychlový centimetr nebo tak) je zodpovědný za vedení v čistých polovodičích (ještě menší číslo pro izolační látky). Vzrušující tyto elektrony do listů pásma vodivosti vzadu holess ve skupině valence, který může také vést elektřinu.
V polovodičích, nečistoty jsou přidány k materiálu. Darovaný (n-psát) nečistoty mají účinek zvedání energie některé ty valence odstupňují státy nahoru velmi uzavřít k pásmu vodivosti, dovolovat elektrony od normálně naplněných míst snadný přístup k pásmu vodivosti. Příjemce (p-psát) nečistoty sníží jeden z států pásma vodivosti k jen nahoře skupina valence, dovolovat snadné vytvoření dír. Proto, vyrovnat jeden atom nečistoty v každé miliardě miliardy (používat aforementioned libovolné číslo) bude mít významný účinek na vodivost.
V kovech, Fermi energie je uprostřed jednoho z skupin. Tato skupina je jak skupina valence tak pásmo vodivosti. Elektrony v této skupině mohou snadno se zrychlovat, protože tam být spousta blízkých stavů. Proto, množství dostupných nosičů v kovu je velmi hodně vyšší než v izolační látce.
Elektrické proudy v electrolytes jsou toky elektricky účtoval atomy (ionty). Například, jestliže elektrické pole je umístěno na řešení Naa+ a Cl-, ionty sodíku se pohnou k záporné elektrodě (anoda) a ionty chlóru se pohnou k pozitivní elektrodě (katoda). Jestliže podmínky jsou pravé, redox reakce budou konat se, které elektrony vydání od chlóru, a dovolit elektronům být včleněn do sodíku. Ve vodním ledu a v jisté pevné látce electrolytes, plynoucí protony představují elektrický proud.
V inertních plynech, elektrická vodivost je velmi nízká. Oni se chovají jako dielectric nebo izolační látka, až do elektrického pole dosáhne hodnoty zhroucení, obnažovat elektrony od atomů tak tvořit plazmu. Tato plazma dovolí vedení elektřiny, tvořit jiskru, oblouk nebo blesk. V obyčejném vzduchu pod polem zhroucení, dominantní zdroj elektrického vedení je přes mobilní částečky vody, který kyvadlový elektrický náboj, tvořit proud.
Plazma je stav záležitosti kde některé ty elektrony v plynu jsou obnaženy nebo “ionized” od jejich molekul nebo atomů. Plazma může být tvořena vysoce teplota, nebo použitím elektrického pole jak známý nahoře. Elektrické vedení v plazmě je způsobené pohybem oba elektrony a nesporně-nabité ionty.