Portadores de corriente eléctrica

La electricidad hoy en día se suele definir como "cargas eléctricas y campos electromagnéticos asociados". La existencia misma de las cargas eléctricas se revela por su fuerte acción sobre otras cargas. El espacio alrededor de cada carga tiene propiedades especiales: en él actúan fuerzas eléctricas, que se manifiestan cuando se introducen otras cargas en este espacio. es un espacio campo electrico de fuerza.

Mientras que las cargas son estacionarias, el espacio entre ellas tiene propiedades campo eléctrico (electrostático)… Pero cuando las cargas se mueven, también hay a su alrededor campo magnético… Consideramos las propiedades del campo eléctrico y magnético por separado, pero en realidad los procesos eléctricos siempre están relacionados con la existencia campo electromagnetico.

Las cargas eléctricas más pequeñas se incluyen como componentes en átomo... Un átomo es la parte más pequeña de un elemento químico que lleva sus propiedades químicas. Un átomo es un sistema muy complejo. La mayor parte de su masa se concentra en el núcleo. Las partículas elementales cargadas eléctricamente giran alrededor de este último en ciertas órbitas: electrones.

Las fuerzas gravitatorias mantienen a los planetas moviéndose alrededor del Sol en órbitas, y los electrones son atraídos al núcleo del átomo por fuerzas eléctricas. Se sabe por experiencia que solo las cargas opuestas se atraen entre sí. Por lo tanto, las cargas en el núcleo del átomo y los electrones deben ser de diferente signo. Por razones históricas, se acostumbra pensar en la carga del núcleo como positiva y en la carga de los electrones como negativa.

Numerosos experimentos han demostrado que los electrones de los átomos de cada elemento tienen la misma carga eléctrica y la misma masa. Al mismo tiempo, la carga electrónica es elemental, es decir, la carga eléctrica más pequeña posible.

Es costumbre distinguir entre los electrones ubicados en las órbitas internas del átomo y en las órbitas externas. Los electrones internos se mantienen relativamente apretados en sus órbitas por fuerzas intraatómicas. Pero los electrones externos pueden separarse con relativa facilidad del átomo y permanecer libres por un tiempo o unirse a otro átomo. Las propiedades químicas y eléctricas de un átomo están determinadas por los electrones en sus órbitas exteriores.

La magnitud de la carga positiva en el núcleo del átomo determina si el átomo pertenece a un determinado elemento químico. Un átomo (o molécula) es eléctricamente neutro siempre que la suma de las cargas negativas de los electrones sea igual a la carga positiva del núcleo. Pero un átomo que ha perdido uno o más electrones se carga positivamente debido al exceso de carga positiva en el núcleo. Puede moverse bajo la influencia de fuerzas eléctricas (atractivas o repulsivas). Tal átomo es ion positivo… Un átomo que ha capturado el exceso de electrones se convierte Ion negativo.

El portador de carga positiva en el núcleo de un átomo es protón… Es una partícula elemental que sirve como núcleo del átomo de hidrógeno. La carga positiva del protón es numéricamente igual a la carga negativa del electrón, pero la masa del protón es 1836 veces la masa del electrón. Los núcleos de los átomos, además de los protones, también contienen neutrones, partículas que no tienen carga eléctrica. La masa de un neutrón es 1838 veces la masa de un electrón.

Así, de las tres partículas elementales que componen los átomos, solo el electrón y el protón tienen carga eléctrica, pero de estos, solo los electrones con carga negativa pueden moverse fácilmente dentro de la sustancia, y las cargas positivas en condiciones normales solo pueden moverse en el interior de la sustancia. forma de iones pesados, es decir, transferencia de los átomos de la sustancia.

Se forma el movimiento ordenado de las cargas eléctricas, es decir, un movimiento que tiene una dirección predominante en el espacio electricidad… Partículas cuyo movimiento crea una corriente eléctrica — los portadores de corriente son en la mayoría de los casos los electrones y con mucha menor frecuencia — los iones.

Permitiendo cierta inexactitud, es posible definir la corriente como el movimiento dirigido de cargas eléctricas. Los portadores de corriente pueden moverse más o menos libremente en la sustancia.

De cables Se denominan sustancias que conducen relativamente bien la corriente. Todos los metales son conductores, especialmente la plata, el cobre y el aluminio.

Conductividad de los metales se explica por el hecho de que en ellos algunos de los electrones exteriores están separados de los átomos. Los experimentos positivos resultantes de la pérdida de estos electrones están conectados en una red cristalina, un esqueleto sólido (iónico), en cuyos espacios hay electrones libres en forma de una especie de gas de electrones.

El campo eléctrico externo más pequeño crea una corriente en el metal, es decir, obliga a los electrones libres a mezclarse en la dirección de las fuerzas eléctricas que actúan sobre ellos. Los metales se caracterizan por disminución de la conductividad con el aumento de la temperatura.

Semiconductores conducen la corriente eléctrica mucho peor que los cables. Una gran cantidad de sustancias pertenecen a la cantidad de semiconductores y sus propiedades son muy diversas. La conductividad electrónica es característica de los semiconductores (es decir, la corriente en ellos se crea, como en los metales, por el movimiento dirigido de electrones libres, no de iones) y, a diferencia de los metales, aumenta la conductividad al aumentar la temperatura. En general, los semiconductores también se caracterizan por una fuerte dependencia de su conductividad de influencias externas: radiación, presión, etc.

Dieléctricos (aislantes) prácticamente no conducen corriente. Un campo eléctrico externo provoca npolarización de átomos, moléculas o iones de dieléctricosdesplazamiento bajo la acción de un campo externo de las cargas unidas elásticamente que forman un átomo o molécula dieléctrica. El número de electrones libres en los dieléctricos es muy pequeño.

No puede especificar límites rígidos entre conductores, semiconductores y dieléctricos. En los dispositivos eléctricos, los cables sirven como camino para el movimiento de las cargas eléctricas, y se necesitan dieléctricos para dirigir correctamente este movimiento.

La corriente eléctrica se crea debido a la acción sobre cargas de fuerzas de origen no electrostático, llamadas fuerzas externas.Crean un campo eléctrico en el alambre, que fuerza a las cargas positivas a moverse en la dirección de las fuerzas del campo, y a las cargas negativas, los electrones, en la dirección opuesta.

Es útil aclarar el concepto de movimiento de traslación de los electrones en los metales. Los electrones libres se encuentran en un estado de movimiento aleatorio en el espacio entre los átomos, en el movimiento térmico inverso de las moléculas. El estado térmico del cuerpo es causado por colisiones de moléculas entre sí y colisiones de electrones con moléculas.

El electrón choca con las moléculas y cambia la dirección de su movimiento, pero poco a poco sigue avanzando, describiendo una curva muy compleja. El movimiento a largo plazo de partículas cargadas en una dirección específica, superpuesto a su movimiento caótico en diferentes direcciones, se denomina deriva. Así, la corriente eléctrica en los metales, según los puntos de vista modernos, es una corriente de partículas cargadas.