Основы Электричества

Электрические Проводники,
Изоляторы (диэлектрики) и Полупроводники.

Тема — Электрические Проводники, Изоляторы (диэлектрики) и Полупроводники.


Электрические Проводники, Изоляторы (диэлектрики) и Полупроводники.Как мы помним физические тела состоят атомов и молекул (более сложная структура из атомов), которые представляют собой ядра и электроны, вращающиеся вокруг ядер по своим орбитам. Атомы в твёрдом веществе располагаются относительно друг друга в строго определённом порядке. Этот порядок обусловлен принадлежностью к определённому веществу. Электронов в разных веществах ведут себя неодинаково. В некоторых веществах все имеющиеся электроны хорошо удерживаются вблизи своих ядер атома. Тела, имеющие подобные электроны принято называть диэлектриками и изоляторами. В иных телах часть электронов «почти» свободно передвигаются по всему объему тела — это электрические проводники.


Для понимания причины такого разного поведения электронов в изоляторах и металлах, следует учесть, что межатомарное (точнее меду ядрами атомов) расстояния в твёрдых телах такие же, как сами размеры атомов. По этой причине каждый электрон находится не только в электрическом поле собственного ядра атома, но и в электрическом поле соседних ядер. Если в веществе силы соседних атомов малы, то электрон надёжно удерживается своим атомом. Если электрические поля соседних атомов велики, то действующие силы уравновешиваются, и у электрона появляется возможность оторваться от своего атома и начать перемещаться телу (веществу). Это свободные электроны.


В тех атомах, где имеется много электронов, одни всё время вращаются близко от ядра атома, иные располагаются от ядра дальше. Электроны близкие к ядру будут и дальше продолжать удерживаться им. Эти внутренние электроны своих атомов не покидают. Способны оторваться и блуждать по проводнику лишь самые внешние электроны, которые наиболее удалены от центра ядра атома. В подобные тела, имеющие свободные электроны — это электрические проводники. Те же тела, у которых внешние электроны не имеют возможности оторваться от своих атомов, в силу их сильного притяжения к ним, не имеют свободных электронов. Это — электрические изоляторы (диэлектрики).


Помимо электрических проводников и изоляторов (диэлектриков) существует такие тела, которые имеют промежуточное положение между ними (по своим свойствам). Такие тела принято называть —  полупроводники. Они по своему строению относятся больше к электрическим изоляторам (диэлектрикам), чем к проводникам. Все имеющиеся в них электроны крепко связаны со своими атомами. Хотя всё же некоторые из них связаны слабо.


В результате теплового движения элементарных частиц тела подобные электроны время от времени отрываются от своих атомов и становятся уже свободными. Но они продолжают быть свободными не так уж и долго. Вскоре они опять притягиваются ядрами и снова удерживаются ими. Но в это время уже отрываются иные электроны, ну и так далее. В электрическом полупроводнике всегда есть некоторое число свободных электронов.


Наличие в полупроводнике свободных электронов делает похожими их на электрические проводники (металлы). Но между электрическими проводниками и полупроводниками есть большое различие. Как бы сильно ни был проводник (металл) охлаждён, в нём всегда будут присутствовать свободные электроны. Притягивающие силы соседних ядер атома в металле не дают шанса внешним электронам надёжно удерживаться в атомах.


В полупроводниках дело обстоит по-другому. Не поля ядер атомов, а их тепловые колебания – основная причина появления свободных электронов в полупроводниках. Но чем меньше температура тела, тем, следовательно, меньше энергия частиц их теплового движения. При слишком низких температурах данная энергия становится недостаточной для отрыва электронов. По этой причине полупроводники утрачивают способность проводимости при их охлаждении. Они превращаются в электрические изоляторы (диэлектрики).


Узнал что-то Новое?
Поставь Свой Плюс»



 
« Пред.   След. »
обучение электрике