Elektrinis laidumas Elektrinis laidumas įvairiose terpėseįvairiose terpėse

Parengė : Nerijus ŽimantasParengė : Nerijus Žimantas

Elektrinis laidumasElektrinis laidumas

Elektrinis laidumasElektrinis laidumas - medžiagos savybė praleisti - medžiagos savybė praleisti elektros srovę. elektros srovę.

Elektrinis laidumas priklauso :Elektrinis laidumas priklauso : medžiagos savybių, medžiagos savybių, nuo temperatūros.nuo temperatūros.

Elektrinis laidumas žymimas simboliu Elektrinis laidumas žymimas simboliu σσ ir gali būti ir gali būti išreiškiamas elektros srovės tankio išreiškiamas elektros srovės tankio JJ ir elektrinio ir elektrinio lauko stiprio lauko stiprio EE dydžiais: dydžiais:

Medžiagų skirstymas pagal elektrinį Medžiagų skirstymas pagal elektrinį laidumąlaidumą

Pagal elektrinį laidumą medžiagos skirstomos Pagal elektrinį laidumą medžiagos skirstomos į:į:

LaidininkusLaidininkus (pvz., įvairūs metalai); (pvz., įvairūs metalai); IzoliatoriusIzoliatorius (pvz., stiklas ar vakuumas); (pvz., stiklas ar vakuumas); PuslaidininkiusPuslaidininkius (tam tikros tarpinės medžiagos (tam tikros tarpinės medžiagos

tarp laidininkų ir izoliatorių, kurių elektrinis tarp laidininkų ir izoliatorių, kurių elektrinis laidumas priklauso nuo įvairių sąlygų, pvz., laidumas priklauso nuo įvairių sąlygų, pvz., šilumos). šilumos).

Laidininkų elektrinis laidumasLaidininkų elektrinis laidumas

Elektros laidininkasElektros laidininkas - medžiagos, turinčios laisvųjų - medžiagos, turinčios laisvųjų elektringųjų dalelių, arba krūvininkų. Veikiamos elektrinio elektringųjų dalelių, arba krūvininkų. Veikiamos elektrinio lauko, jos gali laisvai judėti laidininkų viduje. lauko, jos gali laisvai judėti laidininkų viduje.

Savybės: Savybės: 1) Geras elektrinis laidumas (maža varža). 1) Geras elektrinis laidumas (maža varža). 2) Geras šiluminis laidumas.2) Geras šiluminis laidumas.3) Teigiamas temper. varžos koeficientas. 3) Teigiamas temper. varžos koeficientas. 4) Termoelektrinė emisija. 4) Termoelektrinė emisija. 5) Smulkiagrūdė polikristalinė struktūra. 10-4 iki 1mm –kristalo 5) Smulkiagrūdė polikristalinė struktūra. 10-4 iki 1mm –kristalo

matmenys.matmenys.6) Pasižymi superlaidumu žemose temp 6) Pasižymi superlaidumu žemose temp

Metalų elektrinis laidumasMetalų elektrinis laidumas

Metalų elektrinį laidumą sąlygoja laisvieji Metalų elektrinį laidumą sąlygoja laisvieji elektronai (elektroninis laidumas).elektronai (elektroninis laidumas). Tvarkingą Tvarkingą elektronų judėjimą metale galima nagrinėti kaip elektronų judėjimą metale galima nagrinėti kaip tolyginį judėjimą tam tikru pastoviu greičiu .tolyginį judėjimą tam tikru pastoviu greičiu .

Kadangi susidurdami elektronai kinetinę energiją Kadangi susidurdami elektronai kinetinę energiją perduoda kristalinės gardelės jonams, tai, tekant perduoda kristalinės gardelės jonams, tai, tekant nuolatinei srovei, laidininkas įkaista.nuolatinei srovei, laidininkas įkaista.

Metalų elektrinis laidumasMetalų elektrinis laidumas

Visų metalų varža kylant temperatūrai didėjaVisų metalų varža kylant temperatūrai didėja, , nes didėja laisvųjų elektronų chaotiško judėjimo nes didėja laisvųjų elektronų chaotiško judėjimo greitis, intensyvėja atomų virpesiai, dažnėja greitis, intensyvėja atomų virpesiai, dažnėja elektronų susidūrimai su atomais. Dėl to mažėja elektronų susidūrimai su atomais. Dėl to mažėja elektronų dreifo greitis ir srovės stipris, o tai elektronų dreifo greitis ir srovės stipris, o tai tolygu laidininko varžos didėjimui. tolygu laidininko varžos didėjimui.

Skysčių elektrinis laidumasSkysčių elektrinis laidumas

Nesant išorinio elektrinio lauko, tirpalo jonai ir Nesant išorinio elektrinio lauko, tirpalo jonai ir molekulės juda chaotiškai. Atsiradus tirpale molekulės juda chaotiškai. Atsiradus tirpale elektriniam laukui, atsiranda ir kryptingas jonų elektriniam laukui, atsiranda ir kryptingas jonų judėjimas: teigiami jonai juda link neigiamo judėjimas: teigiami jonai juda link neigiamo elektrodo, vadinamo katodu, o neigiami jonai – elektrodo, vadinamo katodu, o neigiami jonai – link teigiamo elektrodo, vadinamo anodu.link teigiamo elektrodo, vadinamo anodu.

Kiekviename elektrolite elektros srovę sukuria Kiekviename elektrolite elektros srovę sukuria teigiamieji ir neigiamieji jonai, t.y. įelektrinti teigiamieji ir neigiamieji jonai, t.y. įelektrinti medžiagos atomai bei molekulės. Šie du priešingi medžiagos atomai bei molekulės. Šie du priešingi jonų srautai ir sudaro elektros srovę elektrolituose jonų srautai ir sudaro elektros srovę elektrolituose (1 pav.). Taigi, (1 pav.). Taigi, elektrolitų laidumas yra elektrolitų laidumas yra joninisjoninis..

Dujų elektrinis laidumasDujų elektrinis laidumas

Dujos sudarytos iš elektriškai neutralių molekulių, ir Dujos sudarytos iš elektriškai neutralių molekulių, ir normaliomis sąlygomis jos yra dielektrikai. normaliomis sąlygomis jos yra dielektrikai. Pakanka per milimetro dalį atitraukti vieną laidą Pakanka per milimetro dalį atitraukti vieną laidą nuo kito, kad liautųsi tekėjusi srovė. Sudarius nuo kito, kad liautųsi tekėjusi srovė. Sudarius grandinėje kelių centimetrų oro tarpą, elektros grandinėje kelių centimetrų oro tarpą, elektros srovė netekės srovė netekės

Kaitinant arba apšviečiant dujas, dalis atomų Kaitinant arba apšviečiant dujas, dalis atomų jonizuojasi – suskyla į teigiamuosius jonus ir jonizuojasi – suskyla į teigiamuosius jonus ir elektronus. Oro tarpe atsiranda elektringų dalelių elektronus. Oro tarpe atsiranda elektringų dalelių – krūvininkų– krūvininkų

Aukštoje temperatūroje dujų molekulės įgyja tokią Aukštoje temperatūroje dujų molekulės įgyja tokią didelę energiją, kad susidurdamos išmuša didelę energiją, kad susidurdamos išmuša elektronus – jonizuoja viena kitą. Netekusios elektronus – jonizuoja viena kitą. Netekusios elektronų molekulės tampa teigiamais jonais. elektronų molekulės tampa teigiamais jonais. Atsilikę elektronai skrieja vieni arba prisijungia Atsilikę elektronai skrieja vieni arba prisijungia prie neutralių molekulių ir sudaro neigiamus jonus prie neutralių molekulių ir sudaro neigiamus jonus

Taigi dujų elektrinį laidumą sąlygoja Taigi dujų elektrinį laidumą sąlygoja teigiamieji jonai ir elektronaiteigiamieji jonai ir elektronai. . Srovę dujose priimta vadinti išlydžiuSrovę dujose priimta vadinti išlydžiu

Izoliatorių elektrinis laidumasIzoliatorių elektrinis laidumas

IzoliatoriusIzoliatorius – medžiaga, nelaidi elektros srovei, – medžiaga, nelaidi elektros srovei, nes neturi laisvų elektros krūvių. Tačiau izoliatoriu nes neturi laisvų elektros krūvių. Tačiau izoliatoriu veikiant elektriniu lauku, esantys surištieji krūviai veikiant elektriniu lauku, esantys surištieji krūviai (atomuose ir molekulėse) labai nežymiai (atomuose ir molekulėse) labai nežymiai pasislenka, o jis pats tampa elektrinio lauko pasislenka, o jis pats tampa elektrinio lauko šaltiniu. šaltiniu.

Puslaidininkių elektrinis laidumasPuslaidininkių elektrinis laidumas

PuslaidininkiaiPuslaidininkiai – medžiagos, kurių elektrinis – medžiagos, kurių elektrinis laidumas yra tarp laidininkų ir dielektrikų laidumas yra tarp laidininkų ir dielektrikų laidumo. Esant ypač žemai temperatūrai (0 K), laidumo. Esant ypač žemai temperatūrai (0 K), visos puslaidininkio medžiagos jungtys užpildytos visos puslaidininkio medžiagos jungtys užpildytos ir laisvųjų krūvininkų nėra.ir laisvųjų krūvininkų nėra.

Puslaidininkių sandaraPuslaidininkių sandara

Puslaidininkių elektrinis laidumasPuslaidininkių elektrinis laidumas

Kitaip negu dielektrikai puslaidininkiai praleidžia Kitaip negu dielektrikai puslaidininkiai praleidžia elektros srovę. Nuo metalų puslaidininkiai skiriasi elektros srovę. Nuo metalų puslaidininkiai skiriasi tuo, kad jų savitoji varža kitaip priklauso nuo tuo, kad jų savitoji varža kitaip priklauso nuo temperatūros: kylant temperatūrai, ji ne didėja, temperatūros: kylant temperatūrai, ji ne didėja, bet mažėja bet mažėja

Aukštoje temperatūroje puslaidininkiai praleidžia elektros srovę beveik taip pat, kaip metalai. Temperatūroje, artimoje absoliutiniam nuliui, savitoji puslaidininkių varža labai didelė, todėl pagal šias savybes jie pasidaro panašūs į dielektrikus.

Elektroninis puslaidininkių laidumasElektroninis puslaidininkių laidumas Kaitinant germanį, dėl atomų šiluminių virpesių energijos dalis Kaitinant germanį, dėl atomų šiluminių virpesių energijos dalis

kovalentinių jungčių suyra ir kristale atsiranda laisvųjų elektronų. kovalentinių jungčių suyra ir kristale atsiranda laisvųjų elektronų. Išsilaisvinusių elektronų negali pagauti kaimyniniai atomai, nes jų Išsilaisvinusių elektronų negali pagauti kaimyniniai atomai, nes jų valentinės jungtys prisotintos. Laisvieji elektronai, išorinio lauko valentinės jungtys prisotintos. Laisvieji elektronai, išorinio lauko veikiami, juda kristale ir sukuria veikiami, juda kristale ir sukuria elektrinio laidumo srovęelektrinio laidumo srovę

Puslaidininkių laidumas, sąlygojamas juose esančių laisvųjų elektronų, vadinamas elektroniniu laidumu. Kylant temperatūrai, nutrūkusių jungčių daugėja, vadinasi, ir laisvųjų elektronų daugėja. Kaitinant puslaidininkį nuo 300 iki 700 K, laisvųjų krūvininkų skaičius padidėja nuo 1017 1/m3 iki 1024 1/m3. Dėl to sumažėja varža.

Skylinis puslaidininkių laidumasSkylinis puslaidininkių laidumas Nutrūkus kovalentinei jungčiai, atsiranda laisva vieta, į kurią gali Nutrūkus kovalentinei jungčiai, atsiranda laisva vieta, į kurią gali

pereiti kaimyninio atomo vienas elektronas, o į jo vietą - kito pereiti kaimyninio atomo vienas elektronas, o į jo vietą - kito atomo elektronas ir t.t. Vietos, kurioje trūksta elektrono, atomo elektronas ir t.t. Vietos, kurioje trūksta elektrono, netvarkingas judėjimas suprantamas kaip teigiamojo elektros netvarkingas judėjimas suprantamas kaip teigiamojo elektros krūvio, vadinamo krūvio, vadinamo skyleskyle, judėjimas , judėjimas

Skylės padėtis nėra nekintama. Nenutrūkstamai vyksta toks Skylės padėtis nėra nekintama. Nenutrūkstamai vyksta toks procesas. Vienas elektronas peršoka į kito atomo skylė ir ten procesas. Vienas elektronas peršoka į kito atomo skylė ir ten sudaro užtikrinančią atomo jungtį. Toje vietoje, iš kurios peršoko sudaro užtikrinančią atomo jungtį. Toje vietoje, iš kurios peršoko elektronas atsirado nauja skylė. Taigi skylė gali judėti visu kristalu. elektronas atsirado nauja skylė. Taigi skylė gali judėti visu kristalu.

Kol nėra išorinio lauko, tai skylės, atitinkančios teigiamus krūvius, Kol nėra išorinio lauko, tai skylės, atitinkančios teigiamus krūvius, juda chaotiškai. Kristalui atsidūrus elektriniame lauke, skylės juda chaotiškai. Kristalui atsidūrus elektriniame lauke, skylės pradeda judėti kryptingai – atsiranda – pradeda judėti kryptingai – atsiranda – skylinio laidumo srovėskylinio laidumo srovė. .

Savasis puslaidininkių laidumasSavasis puslaidininkių laidumas

Skylės sąvoka yra sąlygiška. Ja remiantis galima Skylės sąvoka yra sąlygiška. Ja remiantis galima daug paprasčiau išnagrinėti sudėtingus procesus, daug paprasčiau išnagrinėti sudėtingus procesus, vykstančius puslaidininkių kristaluose. Iš tikrųjų vykstančius puslaidininkių kristaluose. Iš tikrųjų skylinio, kaip ir elektroninio, laidumo srovę skylinio, kaip ir elektroninio, laidumo srovę sukuria kryptingai judantys elektronai. sukuria kryptingai judantys elektronai. Idealiame puslaidininkio kristale elektros srovę Idealiame puslaidininkio kristale elektros srovę sukelia vienodas skaičius neigiamų elektronų ir sukelia vienodas skaičius neigiamų elektronų ir teigiamų skylių. Toks laidumas vadinamas teigiamų skylių. Toks laidumas vadinamas savuoju puslaidininkių laidumusavuoju puslaidininkių laidumu. .

Taigi puslaidininkiuose būna dvejopi krūvininkai: Taigi puslaidininkiuose būna dvejopi krūvininkai: elektronai ir skylės. Dėl to jiems elektronai ir skylės. Dėl to jiems būdingas ne tik būdingas ne tik elektroninis, bet ir skylinis laidumaselektroninis, bet ir skylinis laidumas. .

Superlaidumas Superlaidumas

1911 m. olandų mokslininkas H. Kamerlingas Onas 1911 m. olandų mokslininkas H. Kamerlingas Onas (1853-1926) pastebėjo, kad, gyvsidabrio temperatūrai (1853-1926) pastebėjo, kad, gyvsidabrio temperatūrai nukritus iki 4,1 K, jo savitoji varža labai staigiai nukritus iki 4,1 K, jo savitoji varža labai staigiai sumažėja iki nulio sumažėja iki nulio

Laidininko savitosios varžos sumažėjimas iki nulio, kai jo Laidininko savitosios varžos sumažėjimas iki nulio, kai jo temperatūra nelygi absoliutiniam nuliui, vadinamas temperatūra nelygi absoliutiniam nuliui, vadinamas superlaidumusuperlaidumu. .

SuperlaidumasSuperlaidumas

Temperatūra, žemiau kurios laidininkas nustoja Temperatūra, žemiau kurios laidininkas nustoja varžos, vadinama varžos, vadinama krizine temperatūrakrizine temperatūra. .

Medžiagos, kurios tam tikroje temperatūroje gali Medžiagos, kurios tam tikroje temperatūroje gali virsti superlaidžiomis, vadinamos virsti superlaidžiomis, vadinamos superlaidininkaissuperlaidininkais. .

Superlaidininku elektros srovė teka be energijos Superlaidininku elektros srovė teka be energijos nuostolių, todėl, vieną sykį sužadinta, ji gali tekėti nuostolių, todėl, vieną sykį sužadinta, ji gali tekėti superlaidžiu žiedu neapibrėžtai ilgai nekisdama. superlaidžiu žiedu neapibrėžtai ilgai nekisdama.