fémes szilárd anyagokban az elektromos töltés elektronok útján áramlik, az alacsonyabbról a magasabb elektromos potenciálra. Más közegben a töltött tárgyak (például ionok) áramlása elektromos áramot képezhet. A töltéshordozók típusától független áram meghatározása érdekében a hagyományos áramot úgy definiálják, hogy a pozitív töltésárammal azonos irányba mozog., Tehát olyan fémekben, ahol a töltéshordozók (elektronok) negatívak, a hagyományos áram ellentétes irányban van a teljes elektronmozgással. Azokban a vezetékekben, ahol a töltéshordozók pozitívak, a hagyományos áram ugyanabban az irányban van, mint a töltéshordozók.
vákuumban ionok vagy elektronok sugara alakulhat ki. Más vezető anyagokban az elektromos áram mind a pozitív, mind a negatív töltésű részecskék áramlásának köszönhető. Másokban az áram teljes egészében a pozitív töltésáramnak köszönhető., Például az elektrolitok elektromos áramai pozitív és negatív töltésű ionok áramlása. Egy közös ólom-sav elektrokémiai sejtben az elektromos áramok az egyik irányba áramló pozitív hidroniumionokból, a másikban pedig negatív szulfátionokból állnak. A szikrák vagy a plazma elektromos áramai elektronok, valamint pozitív és negatív ionok áramlása. Jégben és bizonyos szilárd elektrolitokban az elektromos áram teljes egészében áramló ionokból áll.,
Fémek
A fém, néhány külső elektronok minden atom nem kötelező, az egyes molekulák, mint ők, a molekuláris szilárd, vagy a teljes zenekar, mint azok, szigetelő anyagok, de szabadon mozoghatnak a fém rács. Ezek a vezetési elektronok töltéshordozóként szolgálhatnak, áramot hordozva. Fémek különösen vezetőképes, mert sok ilyen szabad elektronok, jellemzően egy atom a rács., Külső elektromos mező nélkül ezek az elektronok véletlenszerűen mozognak a hőenergia miatt, de átlagosan nulla nettó áram van a fémben. Szobahőmérsékleten ezeknek a véletlenszerű mozgásoknak az átlagos sebessége másodpercenként 106 méter. Tekintettel arra a felületre, amelyen keresztül egy fémhuzal halad, az elektronok mindkét irányban egyenlő sebességgel mozognak a felületen. Ahogy George Gamow írta a népszerű tudományos könyvében, egy, kettő, három…,Infinity (1947), “a fémes anyagok abban különböznek az összes többi anyagtól, hogy atomjaik külső héjai meglehetősen lazán vannak kötve, és gyakran hagyják, hogy az egyik elektron szabadon menjen. Így a fém belseje tele van nagyszámú különálló elektronokkal, amelyek céltalanul utaznak, mint a lakóhelyüket elhagyni kényszerült személyek tömege. Amikor egy fémhuzalt elektromos erőnek vetnek alá az ellenkező végein, ezek a szabad elektronok az erő irányába rohannak, így az úgynevezett elektromos áramot képezik.,”
Ha egy egyenáramú feszültségforrás két kivezetésén, például egy akkumulátoron keresztül fémhuzal van csatlakoztatva, a forrás elektromos mezőt helyez a vezetőre. A kapcsolatfelvétel pillanatában a vezető szabad elektronjai kénytelenek a pozitív terminál felé sodródni ezen a területen. A szabad elektronok tehát a töltéshordozó egy tipikus szilárd vezetőben.,
A folyamatos információáramlást keresztül a felszínre, a jelenlegi én (amperben) kiszámítása a következő egyenlettel:
I = Q t {\displaystyle I={Q \vége t}\,,}
ahol Q az elektromos töltés át a felület több, mint egy t időpontban. Ha a Q-t mérik coulombs, másodperc, illetve, én amperben.
általánosabban, az elektromos áramot úgy lehet ábrázolni, mint azt a sebességet, amellyel a töltés egy adott felületen keresztül áramlik:
i = D Q D t . ez a szócikk a következő szöveggel egészül ki:,}
elektrolitok
egy protonvezető statikus elektromos mezőben.
Az elektrolitok elektromos áramai elektromosan töltött részecskék (ionok) áramlása. Például, ha egy elektromos mező kerül át egy megoldás, Na+, illetve a Cl− (pedig feltételeknek megfelelő) a nátrium-ionok felé a negatív elektróda (katód), míg a klorid-ionok felé a pozitív elektróda (anód). A reakciók mindkét elektróda felületén zajlanak, semlegesítve az egyes ionokat.,
a vízjég és bizonyos protonvezetékeknek nevezett szilárd elektrolitok pozitív hidrogénionokat (“protonokat”) tartalmaznak, amelyek mozgékonyak. Ezekben az anyagokban az elektromos áramok mozgó protonokból állnak, szemben a fémekben lévő mozgó elektronokkal.
bizonyos elektrolitkeverékekben az élénk színű ionok a mozgó elektromos töltések. A szín lassú előrehaladása láthatóvá teszi az áramot.,
gázok és plazmák
a bomlási mező alatti levegőben és más közönséges gázokban az elektromos vezetés domináns forrása viszonylag kevés radioaktív gázok, ultraibolya fény vagy kozmikus sugarak által termelt mobilion. Mivel az elektromos vezetőképesség alacsony, a gázok dielektrikumok vagy szigetelők. Azonban, ha az alkalmazott elektromos mező megközelítések a bontás érték, szabad elektronok válnak eléggé felgyorsult az elektromos mező létrehozásához további szabad elektronok az ütközést, illetve ionizáló, semleges gáz atomok vagy molekulák, a folyamatot nevezzük lavina bontásban., A bomlási folyamat olyan plazmát képez, amely elegendő mozgó elektronot és pozitív iont tartalmaz ahhoz, hogy elektromos vezetővé váljon. A folyamat során fénykibocsátó vezető utat képez, például szikra, ív vagy villám.
A Plazma az anyag állapota, ahol a gázban lévő elektronok egy részét molekuláikból vagy atomjaikból leválasztják vagy “ionizálják”. A plazmát magas hőmérsékleten, vagy magas elektromos vagy váltakozó mágneses mező alkalmazásával lehet kialakítani, amint azt fentebb megjegyeztük., Alacsonyabb tömegük miatt a plazmában lévő elektronok gyorsabban gyorsulnak egy elektromos mezőre adott válaszként, mint a nehezebb pozitív ionok, ezért az áram nagy részét hordozzák. A szabad ionok rekombinálódnak, hogy új kémiai vegyületeket hozzanak létre(például a légköri oxigént egyetlen oxigénre bontják, majd rekombinálják az ózont).
vákuum
mivel a “tökéletes vákuum” nem tartalmaz töltött részecskéket, általában tökéletes szigetelőként viselkedik., A fémelektróda felületek azonban a vákuum egy része vezetőképessé válhat szabad elektronok vagy ionok befecskendezésével akár a mezőelektron-kibocsátáson, akár a termion-kibocsátáson keresztül. Termionos emisszió akkor fordul elő, amikor a hőenergia meghaladja a fém működési funkcióját, míg a mezőelektron-kibocsátás akkor fordul elő, amikor a fém felületén lévő elektromos mező elég magas ahhoz, hogy alagútot okozzon, ami szabad elektronok kiürülését eredményezi a fémből a vákuumba., A külsőleg fűtött elektródákat gyakran használják elektronfelhő létrehozására, mint a vákuumcsövek izzószálában vagy közvetve fűtött katódjában. A hideg elektródák spontán módon elektronfelhőket is termelhetnek termionos kibocsátással, amikor kis izzólégiók (katódfoltok vagy anódfoltok) alakulnak ki. Ezek az elektróda felületének izzólámpái, amelyeket egy lokalizált nagy áram hoz létre. Ezeket a régiókat mezőelektron-kibocsátással lehet kezdeményezni, de ezt követően a vákuum ív kialakulása után lokalizált termion-kibocsátás biztosítja., Ezek a kis elektronkibocsátó régiók meglehetősen gyorsan, akár robbanásszerűen is kialakulhatnak egy magas elektromos mezőnek kitett fémfelületen. A vákuumcsövek és a sprytronok egyike a vákuumvezetőképességen alapuló elektronikus kapcsolóberendezéseknek és erősítőknek.
szupravezető képesség
a szupravezető képesség pontosan nulla elektromos ellenállás és bizonyos anyagokban előforduló mágneses mezők kiűzésének jelensége, amikor egy jellegzetes kritikus hőmérséklet alá hűtik. Heike Kamerlingh Onnes fedezte fel 1911. április 8-án Leidenben., A ferromagnetizmushoz és az atomspektrális vonalakhoz hasonlóan a szupravezetés is kvantummechanikai jelenség. Jellemzője a Meissner-effektus, a mágneses mezővonalak teljes kilökődése a szupravezető belsejéből, amikor átalakul a szupravezető állapotba. A Meissner-hatás előfordulása azt jelzi, hogy a szupravezető képesség nem értelmezhető egyszerűen a klasszikus fizika tökéletes vezetőképességének idealizálásaként.,
Semiconductor
félvezetőben néha hasznos az áramra úgy gondolni, mint a pozitív “lyukak” áramlása miatt (a mobil pozitív töltéshordozók, amelyek olyan helyek, ahol a félvezető kristály hiányzik egy valence elektron). Ez a helyzet egy p-típusú félvezetőben. A félvezető elektromos vezetőképessége köztes nagyságrendű a vezető és a szigetelő között. Ez azt jelenti, hogy a vezetőképesség nagyjából 10-2-104 siemens / centiméter (s⋅cm-1) tartományban van.,
a klasszikus kristályos félvezetőkben az elektronok energiája csak bizonyos sávokon belül lehet (azaz az energiaszintek tartományában). Energetikailag ezek a sávok a talajállapot energiája, az az állapot, amelyben az elektronok szorosan kötődnek az anyag atommagjaihoz, valamint a szabad elektronenergia között helyezkednek el, ez utóbbi leírja azt az energiát, amely ahhoz szükséges, hogy egy elektron teljes mértékben elkerülje az anyagot., Az energiasávok mindegyike megfelel az elektronok sok diszkrét kvantumállapotának, és az alacsony energiájú (a maghoz közelebb álló) államok nagy része elfoglalt, egy adott sávig, a valence sávig. Félvezetők, illetve szigetelő különböztetni fémek, mert a valence zenekar adott fém majdnem tele elektronok alatt szokásos üzemi körülmények között, miközben nagyon kevés (félvezető), vagy gyakorlatilag nincs (szigetelő) a rendelkezésre álló, a vezetés zenekar a zenekar azonnal felett a valence zenekar.,
az izgalmas elektronok könnyűsége a félvezetőben a valenciasávtól a vezetési sávig a sávok közötti sávréstől függ. Ennek az energiasáv-résnek a mérete tetszőleges választóvonalként (nagyjából 4 eV) szolgál a félvezetők és a szigetelők között.
kovalens kötésekkel az elektron egy szomszédos kötésre ugrálva mozog. A Pauli kizárási elv megköveteli,hogy az elektront a kötés magasabb anti-kötési állapotába emeljük., A delokalizált állapotok esetében, például egy dimenzióban-azaz nanovezetékben – minden energiához van egy olyan állapot, amelyben az elektronok egyik irányba áramolnak,a másikban áramló elektronok. Ahhoz, hogy a nettó áram áram áramoljon, több államot kell elfoglalni az egyik irányba, mint a másik irányba. Ehhez energiára van szükség, mivel a félvezetőben a következő magasabb állapotok a sávrés felett helyezkednek el. Gyakran ez a következő: a teljes sávok nem járulnak hozzá az elektromos vezetőképességhez., Mivel azonban egy félvezető hőmérséklete az abszolút nulla fölé emelkedik, a félvezetőben több energia van arra, hogy rácsos rezgésre és izgalmas elektronokra költsön a vezetési sávba. Az áramvezető elektronokat a vezetési sávban szabad elektronoknak nevezik, bár gyakran egyszerűen elektronoknak nevezik őket, ha ez összefüggésben egyértelmű.