Электрический ток проводимости

Электрические заряды, имеющиеся в различных телах, участвуют в беспорядочном тепловом движении. Для того, чтобы получить односторонний перенос электрических зарядов, необходимо приложить к этим зарядам силы; в частности, если тела, содержащие свободные заряды, поместить в электрическое поле, то на положительные заряды будут действовать силы, направленные вдоль вектора Е, на отрицательные — против Е. Вследствие этого на тепловое движение зарядов накладывается некоторое направленное перемещение положительных зарядов в одном и отрица­тельных — в обратном направлении. Однако при описании дви­жения электрических зарядов обычно отвлекаются от их беспоря­дочного теплового движения и интересуются только результирую­щим переносом этих зарядов в том или ином направлении.

Электрическим током называется упорядоченное перемещение электрических зарядов одного знака в каком-нибудь направлении. Движение положительных и отрицательных зарядов в противоположных направлениях есть электрический ток одного и того же направления. Условились, что направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов и противопо­ложно направлению движения отрицательных зарядов.

Основным признаком электрического тока является магнит­ное поле, существующее вокруг движущихся зарядов. Кроме того, при прохождении электрического тока через вещество наблю­даются тепловые, оптические и химические явления, в которых имеет место превращение электрической энергии в другие виды энергии.

Электрические токи, вызванные в телах электрическими по­лями, называются токами проводимости. Например, в металлических проводниках электрический ток представляет собой упоря­доченное перемещение свободных электронов, вызванное дей­ствующим внутри проводника электрическим полем. Положитель­ные ионы металла прочно связаны между собой в кристалли­ческой решетке и в переносе зарядов не участвуют. Вследствие этого электрический ток через металлы не сопровождается какими-нибудь изменениями их вещества. Упорядоченное движение электронов в металлических проводниках можно получить и без электрического поля, механическим путем, если быстро затормо­зить движущееся металлическое тело. Свободные электроны не­которое время перемещаются по инерции по направлению дви­жения и создают кратковременный электрический ток.

В некоторых твердых телах — полупроводниках, в стекле и т. д. электрический ток может быть образован также и упоря­доченным движением ионов. С повышением температуры эта ион­ная проводимость твердых тел возрастает. Так, например, стекло, нагретое до размягчения, обладает хорошей проводимостью. Наблюдается также и смешанная проводимость, создаваемая движением электронов и ионов.

В жидких проводниках (электролитах) электрический ток об­условлен движением положительных и отрицательных ионов в противоположных направлениях. При отсутствии электрического поля эти ионы совершают беспорядочное тепловое движение. При наличии поля электрические силы добавляют к тепловым скорос­тям ионов некоторые скорости вдоль поля, вследствие чего поло­жительные ионы постепенно перемещаются к катоду, а отрица­тельные — к аноду.

Кратковременные электрические токи наблюдаются и в ди­электриках. При введении их в электрическое поле происходит поляризация (поворот элементарных электрических диполей); положительные заряды смещаются в одном, отрицательные — в противоположном направлении. Следовательно, пока происходит поляризация диэлектриков, в них имеется упорядоченное движе­ние зарядов, соответствующее некоторому электрическому току. Такие токи называются токами поляризации. Они прекращаются, когда заканчивается поляризация диэлектрика. Если удалить электрическое поле, вызвавшее поляризацию, то под действием хаотического теплового движения элементарные электрические диполи теряют свою преимущественную ориентировку. Эта депо­ляризация диэлектрика сопровождается также упорядоченным «возвращением» положительных и отрицательных зарядов к ис­ходным беспорядочным ориентировкам, что соответствует току поляризации противоположного направления.

Электрические токи могут быть получены при движении заря­дов вместе с какими-нибудь телами, на которых они находятся. Например, движущиеся заряженные проводники или изоляторы создают вокруг себя магнитное поле и эквивалентны некоторому электрическому току. Такие токи называются конвекционными.