Носиоци електричне струје

Електрична енергија се данас обично дефинише као „електрична наелектрисања и повезана електромагнетна поља“. Само постојање електричних наелектрисања открива се њиховим снажним дејством на друга наелектрисања. Простор око сваког наелектрисања има посебна својства: у њему делују електричне силе које се манифестују када се у овај простор унесу друга наелектрисања. То је такав простор сила електричног поља.

Док су наелектрисања стационарна, простор између њих има својства електрично (електростатичко) поље… Али када се набоји крећу, онда их има и око њих магнетно поље… Својства електричног и магнетног поља разматрамо одвојено, али у стварности електрични процеси су увек повезани са постојањем електромагнетно поље.

Најмањи електрични набоји су укључени као компоненте у атом... Атом је најмањи део хемијског елемента који носи његова хемијска својства. Атом је веома сложен систем. Већина његове масе је концентрисана у језгру. Електрично наелектрисане елементарне честице круже око потоњег у одређеним орбитама - електрона.

Гравитационе силе држе планете да се крећу око Сунца по орбитама, а електроне привлаче у језгро атома електричне силе. Из искуства је познато да се само супротна наелектрисања привлаче. Дакле, наелектрисања на језгру атома и електрона морају бити различита у знаку. Из историјских разлога, уобичајено је да се наелектрисање језгра сматра позитивним, а наелектрисање електрона негативно.

Бројни експерименти су показали да електрони атома сваког елемента имају исти електрични набој и исту масу. При томе, електронски набој је елементаран, односно најмањи могући електрични набој.

Уобичајено је разликовати електроне који се налазе у унутрашњим орбитама атома и у спољашњим орбитама. Унутрашњи електрони се релативно чврсто држе у својим орбитама интраатомским силама. Али спољашњи електрони могу релативно лако да се одвоје од атома и остану слободни неко време или се прикаче за други атом. Хемијске и електричне особине атома одређују електрони у његовим спољним орбитама.

Величина позитивног наелектрисања на језгру атома одређује да ли атом припада одређеном хемијском елементу. Атом (или молекул) је електрично неутралан све док је збир негативних наелектрисања на електронима једнак позитивном наелектрисању језгра. Али атом који је изгубио један или више електрона постаје позитивно наелектрисан због вишка позитивног наелектрисања на језгру. Може да се креће под утицајем електричних сила (привлачних или одбојних). Такав атом је позитивни јон… Атом који је ухватио вишак електрона постаје негативни јон.

Носилац позитивног наелектрисања у језгру атома је протон… То је елементарна честица која служи као језгро атома водоника. Позитивно наелектрисање протона је нумерички једнако негативном наелектрисању електрона, али је маса протона 1836 пута већа од масе електрона. Језгра атома, поред протона, садрже и неутроне — честице које немају електрични набој. Маса неутрона је 1838 пута већа од масе електрона.

Дакле, од три елементарне честице које сачињавају атоме, само електрон и протон имају електрични набој. Али од њих, само негативно наелектрисани електрони могу лако да се крећу унутар супстанце, а позитивна наелектрисања у нормалним условима могу да се крећу само у облик тешких јона, односно пренос атома супстанце.

Формира се уређено кретање електричних наелектрисања, односно кретање које има преовлађујући правац у простору електрична енергија… Честице чије кретање ствара електричну струју — носиоци струје у већини случајева су електрони и много ређе — јони.

Узимајући у обзир одређену непрецизност, могуће је дефинисати струју као усмерено кретање електричних наелектрисања. Носиоци струје се могу више или мање слободно кретати у материји.

Од жица називају се супстанце које релативно добро проводе струју. Сви метали су проводници, посебно сребро, бакар и алуминијум.

Проводљивост метала објашњава се чињеницом да су у њима неки од спољашњих електрона одвојени од атома. Позитивни експерименти настали губитком ових електрона повезани су у кристалну решетку — чврсти (јонски) скелет, у чијим просторима се налазе слободни електрони у виду својеврсног електронског гаса.

Најмање спољашње електрично поље ствара струју у металу, односно приморава слободне електроне да се мешају у правцу електричних сила које делују на њих. Метале карактерише смањење проводљивости са повећањем температуре.

Полупроводници проводе електричну струју много лошије од жица. Веома велики број супстанци припада броју полупроводника и њихова својства су веома разнолика. Електронска проводљивост је карактеристична за полупроводнике (то јест, струја у њима се ствара, као и у металима, усмереним кретањем слободних електрона - не јона) и, за разлику од метала, повећање проводљивости са повећањем температуре. Генерално, полупроводнике карактерише и јака зависност њихове проводљивости од спољашњих утицаја — зрачења, притиска итд.

Диелектрици (изолатори) практично не проводе струју. Спољашње електрично поље изазива нполаризација атома, молекула или јона диелектрикапомерање под дејством спољашњег поља еластично везаних наелектрисања које чине атом или диелектрични молекул. Број слободних електрона у диелектрицима је веома мали.

Не можете одредити чврсте границе између проводника, полупроводника и диелектрика. У електричним уређајима жице служе као пут за кретање електричних наелектрисања, а за правилно усмеравање овог кретања потребни су диелектрици.

Електрична струја настаје услед дејства на наелектрисања сила неелектростатичког порекла, које се називају спољашње силе.Они стварају електрично поље у жици, које приморава позитивна наелектрисања да се крећу у правцу сила поља, а негативна наелектрисања, електроне, у супротном смеру.

Корисно је разјаснити концепт транслационог кретања електрона у металима. Слободни електрони су у стању насумичног кретања у простору између атома, у обрнутом топлотном кретању молекула. Термичко стање тела је узроковано сударима молекула међусобно и сударима електрона са молекулима.

Електрон се судара са молекулима и мења правац свог кретања, али постепено наставља да се креће напред, описујући веома сложену криву. Дуготрајно кретање наелектрисаних честица у једном одређеном правцу, које се надовезује на њихово хаотично кретање у различитим правцима, назива се њихов дрифт. Дакле, електрична струја у металима, према савременим погледима, представља дрифт наелектрисаних честица.