i metalliske faste stoffer strømmer elektrisk ladning ved hjælp af elektroner, fra lavere til højere elektrisk potentiale. I andre medier kan enhver strøm af ladede genstande (ioner, for eksempel) udgøre en elektrisk strøm. For at tilvejebringe en definition af strøm uafhængig af typen af ladningsbærere defineres konventionel strøm som bevægelse i samme retning som den positive ladestrøm., Så i metaller, hvor ladningsbærerne (elektroner) er negative, er konventionel strøm i modsat retning af den samlede elektronbevægelse. I ledere, hvor ladningsbærerne er positive, er konventionel strøm i samme retning som ladningsbærerne.
i et vakuum kan der dannes en stråle af ioner eller elektroner. I andre ledende materialer skyldes den elektriske strøm strømmen af både positivt og negativt ladede partikler på samme tid. I endnu andre skyldes strømmen udelukkende positiv ladestrøm., For eksempel er de elektriske strømme i elektrolytter strømme af positivt og negativt ladede ioner. I en fælles blysyreelektrokemisk celle består elektriske strømme af positive hydroniumioner, der strømmer i en retning, og negative sulfationer strømmer i den anden. Elektriske strømme i gnister eller plasma er strømme af elektroner såvel som positive og negative ioner. I is og i visse faste elektrolytter består den elektriske strøm udelukkende af flydende ioner.,
Metaller
I en metal, nogle af de ydre elektroner i hvert atom er ikke bundet til den enkelte molekyler, som de er i molekylær faste stoffer, eller i fuld bands, som de er i isoleringsmateriale, men er frie til at bevæge sig inden for metal gitter. Disse ledningselektroner kan tjene som ladningsbærere, der bærer en strøm. Metaller er særligt ledende, fordi der er mange af disse frie elektroner, typisk en pr atom i gitteret., Uden eksternt elektrisk felt anvendt, bevæger disse elektroner sig tilfældigt på grund af termisk energi, men i gennemsnit er der nul nettostrøm inden i metallet. Ved stuetemperatur er gennemsnitshastigheden af disse tilfældige bevægelser 106 meter pr. Givet en overflade, gennem hvilken en metaltråd passerer, bevæger elektroner sig i begge retninger over overfladen med samme hastighed. Som George Gamo.skrev i sin populærvidenskabelige bog, En, to, tre…,Infinity (1947), ” de metalliske stoffer adskiller sig fra alle andre materialer ved, at deres atomers ydre skaller er bundet temmelig løst og ofte lader en af deres elektroner gå fri. Således er det indre af et metal fyldt op med et stort antal ubundne elektroner, der rejser målløst rundt som en mængde fordrevne personer. Når en metaltråd udsættes for elektrisk kraft påført på dens modsatte ender, skynder disse frie elektroner sig i kraftens retning og danner således det, vi kalder en elektrisk strøm.,”
Når en metaltråd er tilsluttet på tværs af de to terminaler i en DC-spændingskilde, såsom et batteri, placerer kilden et elektrisk felt over lederen. Øjeblikket kontakt er lavet, lederens frie elektroner er tvunget til at drive mod den positive terminal under påvirkning af dette felt. De frie elektroner er derfor ladebæreren i en typisk fast leder.,
for en konstant strøm af ladning gennem en overflade kan strømmen I (i ampere) beregnes med følgende ligning:
i = t t, {\displaystyle i={\\over t}\,,}
hvor current er den elektriske ladning, der overføres gennem overfladen over en tid t. hvis measured og t måles i henholdsvis coulombs og sekunder, er jeg i ampere.
mere generelt kan elektrisk strøm repræsenteres som den hastighed, hvormed ladningen strømmer gennem en given overflade som:
I = d d d t . det er en god id., at du har brug for det.,}
elektrolytter
en protonleder i et statisk elektrisk felt.
elektriske strømme i elektrolytter er strømme af elektrisk ladede partikler (ioner). For eksempel, hvis et elektrisk felt er placeret på tværs af en opløsning af Na+ og Cl− (og betingelserne er rigtige), bevæger natriumionerne sig mod den negative elektrode (katode), mens chloridionerne bevæger sig mod den positive elektrode (anode). Reaktioner finder sted på begge elektrodeoverflader, der neutraliserer hver ion.,
vandis og visse faste elektrolytter kaldet protonledere indeholder positive hydrogenioner (“protoner”), der er mobile. I disse materialer er elektriske strømme sammensat af bevægelige protoner, i modsætning til de bevægelige elektroner i metaller.
i visse elektrolytblandinger er farvestrålende ioner de bevægelige elektriske ladninger. Den langsomme fremgang i farven gør strømmen synlig.,
Gasser og plasma
I luften og andre almindelige gasser under opdeling felt, der er den dominerende kilde til elektrisk ledning er via relativt få mobile ioner produceret af radioaktive gasser, ultraviolet lys, eller kosmiske stråler. Da den elektriske ledningsevne er lav, er gasser dielektrikum eller isolatorer. Når det anvendte elektriske felt nærmer sig nedbrydningsværdien, bliver frie elektroner imidlertid tilstrækkeligt accelereret af det elektriske felt til at skabe yderligere frie elektroner ved at kollidere og ioniserende, neutrale gasatomer eller molekyler i en proces kaldet lavineafbrydelse., Nedbrydningsprocessen danner et plasma, der indeholder nok mobile elektroner og positive ioner til at gøre det til en elektrisk leder. I processen danner den en lysemitterende ledende bane, såsom en gnist, bue eller lyn.
Plasma er tilstanden af stof, hvor nogle af elektronerne i en gas fjernes eller “ioniseres” fra deres molekyler eller atomer. Et plasma kan dannes ved høj temperatur eller ved anvendelse af et højt elektrisk eller vekslende magnetfelt som nævnt ovenfor., På grund af deres lavere masse accelererer elektronerne i et plasma hurtigere som reaktion på et elektrisk felt end de tungere positive ioner og bærer dermed størstedelen af strømmen. De frie ioner rekombinerer for at skabe nye kemiske forbindelser (for eksempel at bryde atmosfærisk ilt i enkelt o .ygen , som derefter rekombinerer til at skabe o .on ).
vakuum
da et “perfekt vakuum” ikke indeholder ladede partikler, opfører det sig normalt som en perfekt isolator., Imidlertid kan metalelektrodeoverflader forårsage, at et område af vakuumet bliver ledende ved at injicere frie elektroner eller ioner gennem enten feltelektronemission eller termionisk emission. Thermionic emission opstår, når den termiske energi, der overstiger metal ‘ s arbejde, mens området elektron emission opstår, når elektrisk felt på overfladen af metallet er høj nok til at forårsage tunneling, hvilket resulterer i udslyngning af frie elektroner fra metallet i vakuum., Eksternt opvarmede elektroder bruges ofte til at generere en elektronsky som i filamentet eller indirekte opvarmet katode af vakuumrør. Kolde elektroder kan også spontant producere elektronskyer via termionisk emission, når der dannes små glødelamper (kaldet katodepletter eller anodepletter). Disse er glødelamper af elektrodeoverfladen, der er skabt af en lokaliseret høj strøm. Disse regioner kan initieres ved feltelektronemission, men opretholdes derefter ved lokaliseret termionisk emission, når en vakuumbue dannes., Disse små elektronemitterende regioner kan danne sig ganske hurtigt, endda eksplosivt, på en metaloverflade udsat for et højt elektrisk felt. Vakuumrør og sprytroner er nogle af de elektroniske koblings-og forstærkningsanordninger baseret på vakuumledningsevne.
Superledning
Superledning er et fænomen, der er af præcis nul elektrisk modstand og udvisning af magnetiske felter, der forekommer i visse materialer, når afkølet til under en karakteristisk kritisk temperatur. Det blev opdaget af Heike Kamerlingh Onnes den 8. April 1911 i Leiden., Ligesom ferromagnetisme og atomspektrale linjer er superledningsevne et kvantemekanisk fænomen. Det er kendetegnet ved Meissner-effekten, den komplette udstødning af magnetfeltlinjer fra det indre af superlederen, når den overgår til superledende tilstand. Forekomsten af Meissner-effekten indikerer, at superledningsevne ikke blot kan forstås som idealiseringen af perfekt ledningsevne i klassisk fysik.,
halvleder
i en halvleder er det undertiden nyttigt at tænke på strømmen som på grund af strømmen af positive “huller” (de mobile positive ladningsbærere, der er steder, hvor halvlederkrystallen mangler en valenselektron). Dette er tilfældet i en p-type halvleder. En halvleder har elektrisk ledningsevne mellemliggende i størrelse mellem en leder og en isolator. Dette betyder en ledningsevne omtrent i området fra 10-2 til 104 siemens per centimeter (s cm cm−1).,
i de klassiske krystallinske halvledere kan elektroner kun have energi inden for visse bånd (dvs.områder af energiniveauer). Energisk er disse bånd placeret mellem energien i jordtilstanden, den tilstand, hvor elektroner er tæt bundet til materialets atomkerner, og den frie elektronenergi, sidstnævnte beskriver den energi, der kræves for, at en elektron kan undslippe helt fra materialet., Energibåndene svarer hver til mange diskrete kvantetilstande af elektronerne, og de fleste af staterne med lav energi (tættere på kernen) er optaget, op til et bestemt bånd kaldet valensbåndet. Halvledere og isolatorer skelnes fra metaller, fordi valensbåndet i et givet metal næsten er fyldt med elektroner under sædvanlige driftsbetingelser, mens meget få (halvleder) eller næsten ingen (isolator) af dem er tilgængelige i ledningsbåndet, båndet umiddelbart over valensbåndet.,
letheden af spændende elektroner i halvlederen fra valensbåndet til ledningsbåndet afhænger af båndgabet mellem båndene. Størrelsen af denne energi band gap tjener som en vilkårlig skillelinje (omtrent 4 eV) mellem halvledere og isolatorer.
med kovalente bindinger bevæger en elektron sig ved at hoppe til en nærliggende binding. Pauli-udelukkelsesprincippet kræver, at elektronen løftes ind i den højere anti-bindingstilstand for denne binding., For delokaliserede tilstande, for eksempel i en dimension – det er i en nanotråd, for hver energi er der en tilstand med elektroner, der strømmer i den ene retning og en anden tilstand med elektronerne, der strømmer i den anden. For at en netstrøm skal strømme, skal flere stater for en retning end for den anden retning besættes. For at dette kan ske, kræves energi, som i halvlederen ligger de næste højere tilstande over båndgabet. Ofte angives dette som: fulde bånd bidrager ikke til den elektriske ledningsevne., Da en halvleders temperatur stiger over absolut nul, er der imidlertid mere energi i halvlederen til at bruge på gittervibrationer og på spændende elektroner i ledningsbåndet. De strømbærende elektroner i ledningsbåndet er kendt som frie elektroner, selvom de ofte blot kaldes elektroner, hvis det er klart i sammenhæng.