Elektrisk strøm (Norsk)

I metallisk stoff, elektrisk ladning strømmer ved hjelp av elektroner, fra lavere til høyere elektrisk potensial. I andre media, en strøm av ladede objekter (ioner, for eksempel) kan utgjøre en elektrisk strøm. For å gi en definisjon av gjeldende uavhengig av type kostnad bærere, konvensjonelle aktuelle er definert som beveger seg i samme retning som den positive ladningen flyt., Så, i metaller hvor lade bærere (elektroner) er negative, konvensjonelle strøm i motsatt retning av den samlede electron bevegelse. I dirigenter der lade bærere er positiv, konvensjonelle gjeldende i samme retning som ansvaret bærere.

I et vakuum, det er en bjelke av ioner eller elektroner kan bli dannet. I andre ledende materialer, elektrisk strøm er på grunn av flyten av både positivt og negativt ladede partikler på samme tid. I atter andre, gjeldende er helt på grunn av positiv ladning flyt., For eksempel, den elektriske strømmer i elektrolytter er strømmer av positivt og negativt ladde ioner. I en felles bly-syre elektrokjemisk celle, elektrisk strøm er sammensatt av positive hydronium ioner strømmer i én retning, og negative sulfat ioner strømmer i den andre. Elektriske strømmer i gnister eller plasma er strømmer av elektroner samt positive og negative ioner. I isen og i visse solid elektrolytter, den elektriske strømmen er utelukkende består av flytende ioner.,

Metaller

I et metall, noen av de ytre elektronene i hvert atom er ikke bundet til den enkelte molekyler som de er i molekylær faste stoffer, eller i full band som de er i isolerende materialer, men er fri til å bevege seg innenfor metall gitter. Disse følger de retningslinjene som gjelder elektroner kan tjene som kostnad bærere, bærer en gjeldende. Metaller er spesielt ledende fordi det er mange av disse frie elektroner, vanligvis én per atom i gitteret., Uten ytre elektrisk felt brukes, disse elektronene bevege seg tilfeldig på grunn av termisk energi, men i gjennomsnitt er det null netto gjeldende innen metall. Ved romtemperatur, den gjennomsnittlige hastigheten på disse tilfeldige bevegelser er 106 meter per sekund. Gitt en overflate gjennom en metalltråd går elektronene bevege seg i begge retninger over overflaten på en lik pris. Som George Gamow skrev i sin populærvitenskapelige bok, En, To, Tre…,Infinity (1947), «Den metalliske stoffer skiller seg fra alle andre materialer av det faktum at den ytre skall av sine atomer er bundet ganske løst, og ofte lar en av sine elektroner gå fri. Dermed interiøret i en metall er fylt opp med et stort antall ledige elektroner som reiser formålsløst rundt som en flokk av fordrevne. Når en metalltråd er utsatt for elektrisk kraft brukt på det motsatte ender, disse frie elektroner rush i retning av kraft, og dermed danner det vi kaller en elektrisk strøm.,»

Når en metalltråd er koblet på tvers av de to terminalene på en DC-spenningskilde, for eksempel et batteri, kilden steder et elektrisk felt over dirigent. Øyeblikket kontakt er gjort, den frie elektroner av dirigent er tvunget til å drive seg mot den positive polen under påvirkning av dette feltet. Frie elektroner er derfor ladningsbærere i en typisk fast dirigent.,

For en jevn flyt av ansvaret gjennom en overflate, dagens jeg (i ampere) kan beregnes med følgende formel:

jeg = Q t {\displaystyle jeg={Q \over t}\,,}

hvor Q er elektrisk ladning som overføres gjennom overflaten over en tid t. Hvis Q og t er målt i coulombs og sekunder henholdsvis, jeg er i ampere.

Mer generelt, elektriske strømmen kan bli representert som den hastigheten som kostnad flyter gjennom en gitt overflaten som:

jeg = d Q d t . {\displaystyle jeg={\frac {\mathrm {d} Q}{\mathrm {d} t}}\,.,}

Elektrolytter

Elektriske strømmer i elektrolytter er flyten av elektrisk ladde partikler (ioner). For eksempel, hvis et elektrisk felt er plassert på tvers av en løsning av Na+ og Cl− (og forholdene ligger til rette) natrium ioner beveger seg mot den negative elektroden (katoden), mens klorid ioner bevege seg mot den positive elektroden (anoden). Reaksjoner finner sted i både elektrode overflater, nøytralisere hvert ion.,

Vann-is og visse solid elektrolytter som kalles proton ledere inneholde positive hydrogen ioner («protoner») som er mobile. I disse materialer, elektrisk strøm er sammensatt av flytting av protoner, i motsetning til elektroner i metaller.

I bestemte elektrolytt blandinger, fargerike ioner er flytting elektriske ladninger. Langsom fremgang i farger gjør gjeldende synlig.,

Gasser og plasmaer

I luften og andre vanlige gasser under nedbryting feltet, den dominerende kilden til elektrisk conduction er via relativt få mobile ioner produsert av radioaktive gasser, ultrafiolett lys, eller kosmiske stråler. Siden elektrisk ledningsevne er lav, gasser er dielectrics eller isolatorer. Men, når det brukes elektrisk felt nærmer seg sammenbrudd verdi, frie elektroner blir tilstrekkelig akselerert av det elektriske feltet for å opprette flere frie elektroner ved å kollidere, og ioniserende, nøytral gass atomer eller molekyler i en prosess som kalles skred sammenbrudd., Fordelingen prosessen danner en plasma som inneholder nok mobile elektroner og positive ioner til å gjøre det i en elektrisk leder. I prosessen, er det danner en light emitting ledende banen, som en gnist, arc eller lyn.

Plasma er den tilstand av materie, der noen av elektroner i en gass er strippet eller «ionisert» fra sine molekyler eller atomer. Plasma kan være dannet ved høy temperatur, eller ved anvendelse av en høy elektrisk eller vekslende magnetfelt som er nevnt ovenfor., På grunn av sin lave vekt, elektroner i en plasma akselerere mer raskt i respons til et elektrisk felt enn de tyngre positive ioner, og dermed bære hoveddelen av gjeldende. Den frie ioner kun for å skape nye kjemiske forbindelser (for eksempel, å bryte atmosfærisk oksygen til én oksygen , som deretter sette skape ozon ).

Vakuum

Siden en «perfekt vakuum» inneholder ingen ladede partikler, er det normalt oppfører seg som en perfekt isolator., Imidlertid, metall elektrode overflater kan forårsake en region av vakuum for å bli ledende ved å injisere frie elektroner eller ioner gjennom enten feltet electron utslipp eller thermionic utslipp. Thermionic utslipp oppstår når den termiske energien overstiger metall arbeid funksjon, mens feltet electron utslipp oppstår når elektrisk felt på overflaten av metallet er høy nok til å forårsake tunneling, noe som resulterer i at utstøting av frie elektroner fra metall i vakuum., Utvendig oppvarmet elektrodene er ofte brukt til å generere et elektron skyen som i glødetråden eller indirekte oppvarmet katoden vakuum rør. Kaldt elektroder kan også spontant produsere electron skyer via thermionic utslipp når små glødende regioner (kalles katode flekker eller anode flekker) er dannet. Disse er glødende regioner av elektrode overflate som er opprettet av en lokalisert høy strøm. Disse regionene kan være initiert av feltet electron utslipp, men er deretter opprettholdes ved lokalisert thermionic utslipp når et vakuum arc former., Disse små elektron-emitting regioner kan danne ganske raskt, selv eksplosivt, på en overflate av metall som utsettes for et elektrisk felt. Vakuumrør og sprytrons er noen av de elektroniske bytte og forsterke enheter basert på vakuum ledningsevne.

Superleder

Superleder er et fenomen av nøyaktig null elektrisk motstand og utvisning av magnetiske felt oppstår i visse materialer når avkjølt under en karakteristisk kritisk temperatur. Det ble oppdaget av Heike Kamerlingh Onnes April 8, 1911 i Leiden., Som ferromagnetisme og atomic spektral linjer, superleder er et kvantemekaniske fenomen. Det er preget av Meissner-effekt, komplett utstøting av magnetiske feltlinjer fra det indre av superleder som det overganger til superledende staten. Forekomsten av Meissner-effekt angir at superleder kan ikke forstås bare som idealisering av perfekt ledningsevne i klassisk fysikk.,

Semiconductor

I en halvleder det er noen ganger nyttig å tenke på gjeldende som på grunn av strømmen av positive «hull» (mobil positiv ladning operatører som er steder hvor crystal semiconductor mangler en valence electron). Dette er tilfelle i en p-type halvleder. En semiconductor har elektrisk ledningsevne middels i størrelse mellom en leder og en isolator. Dette betyr at en ledningsevne omtrent i spekter av 10-2 til 104 siemens pr. centimeter (S⋅cm−1).,

I den klassiske krystallinsk halvledere, elektroner kan ha energier bare innen visse band (dvs. områder av nivåer av energi). Energisk, disse bandene er plassert mellom energi av bakken tilstand, staten der elektroner er tett bundet til atomic kjerner av materialet, og den frie elektron energi, sistnevnte som beskriver den energien som kreves for et elektron å unnslippe helt fra materialet., Energi band hver korresponderer med mange diskrete kvantetilstander av elektroner, og de fleste av statene med lav energi (nærmere kjernen) er opptatt, opp til et bestemt band kalt valence band. Halvledere og isolatorer skilles fra metaller fordi valence band i en gitt metall er nesten fylt med elektroner under vanlige driftsforhold, mens svært få (halvleder) eller nesten ingen (isolator) av dem er tilgjengelig i ledende band, bandet umiddelbart over valence band.,

Den enkle spennende elektroner i halvledere fra valence band til gjennomføring band avhenger av bandet gapet mellom bandene. Størrelsen av denne energien bandet gap fungerer som en vilkårlig skillelinje (omtrent 4 eV) mellom halvledere og isolatorer.

Med covalent obligasjoner, et elektron beveger seg ved å hoppe til en nærliggende bond. Den Pauli utelukkelse prinsippet krever at elektronet bli løftet opp i høyere anti-bonding staten som bond., For delocalized stater, for eksempel i en dimensjon – som er i en nanowire, for hver energi det er en tilstand med elektroner som strømmer i én retning, og en annen stat med elektronene som strømmer i den andre. For en netto strøm til flyten, flere stater for én retning enn for den andre retningen må være okkupert. For at dette skal skje, kreves det energi, som i halvledere neste høyere statene ligger over bandet gapet. Ofte er dette oppgitt som: full band bidrar ikke til elektrisk ledningsevne., Men, som en halvleder er temperaturen stiger over absolutt null, det er mer energi i halvledere til å bruke på gitteret vibrasjon og på spennende elektroner inn i ledende band. Dagens frakter elektroner i det ledende bandet er kjent som frie elektroner, selv om de ofte bare kalt elektroner hvis det er en tydelig sammenheng.