456 3

Własności elektryczne

materiałów

14.1. Przewodzenie elektryczności

Jedną z głównych cech materiałów jest ich zdolność (lub jej brak) do pncw< prądu elektrycznego. Ze względu na tę własność materiały dzieli się na przew * ** półprzewodniki i izolatory, nazywane równie/ dielektrykami.    ^odn,Jt*.

Prąd elektryczny jest skutkiem ruchu elektrycznie naładowanych tzw nośników ładunku, pod wpływem działających na me sił od zewnętrzne elektrycznego. Cząstki naładowane dodatnio przemieszczają się w kierunku n° ^P°^la ma pola. natomiast naładowane ujemnie w kierunku przeciwnym. Najpros^** nośnikiem ładunku jest elektron, którego ładunek ujemny wynosi 1.602 IQ Elektrony są nośnikami ładunków w metalach, półprzewodnikach i izolak. ^C o wiązaniach kowalencyjnych. Natomiast w materiałach o wiązaniach u>in, głównymi nośnikami ładunków są Jony. przy czym nośnikami ładunków dodatni .ą kationy. natomiast ujemnych aniony (rys. 14.1). Do nośników ładunku nak!/' ówmeż tzw. dziura elektronowa; jest ona miejscem w ciele stałym, w którym b 'l est elektronu w parze wiążącej. Dziury elektronowe, ze względu na ich ważną •! , v półprzewodnikach, będą szczegółowo omówione później.    ^V

o)

© 0 © © © ©^©0-

© © © © ©

b)

0 0,0.0 ₊ o.ó;o;o -0*0 0 0

OOOO

O O ^3 O 6 0 O O

©:^0:0 -

00:0:0

RYS 14.1 Nośniki ładunków elektrycznych w maierialach: a) elektrony walencyjne, w ciałach stałych o wiązaniach metalicznych przemieszczają się łatwo pod wpływem zewnętrznego polu elektrycznego, b) w ciałach stałych o wiązaniach kowalencyjnych mogą się przeinies/c/ac jedynie elektrony uwolnione dzięki zerwaniu wiązań, c) w ciałach stałych o wiązaniach jonowych przenoszenie ładunków odbywa się zwykle dzięki dyfuzyjnej migracji jonów

_m Ohma nalanie prądu elektrycznego I. płynącego

Zgodnie '/    o te tonalne do różnicy potencjałów U

w przewodniku, je*^{1 pr}

U    04.1)

' K

, ^ckiryczny przewodnika (rezystancja). w*⁷ ktadite jednostkami U, 11 R są odpowiednio wolt I C"¹. amper C s '¹ i om \ \ ¹ Jeżeli po^ wpływem różnicy potencjałów 1 V w przewodniku płynie prąd ^V _JO jego opór jest równy I O (om). Opór elektryczny przewodnika zależy od * >d/ m» materiału, z którego jest on wykonany, oraz od jego wymiarów, tzn. maleje ⁿ wzrostem pola jego przekroju poprzecznego S i rośnie z długością / (odległością ^/r meuach między dwoma punktami pomiarowymi). Zależność między tymi

parametrami jest następująca

R = pl/S    04.2)

gdzie /> - opór elektryczny właściwy materiału, niezależny od jego geometrii, nazywany również, rtzystywnołcią.

jednostką oporu elektrycznego właściwego jest omometr (Q m).

Odwrotnością p jest przewodność elektryczna właściwa, nazywana również konduktywnością a

04.3)

a = 1/p

która jest miarą zdolności materiału do przewodzenia prądu elektrycznego. Jednostką <y jest odwrotność omometra Q“¹ • itT ¹; ponieważ, odwrotność oma jest nazywana simensem. więc jednostką o jest również S • m “^l.

Przewodność elektryczną właściwą można wyrazić jako iloczyn gęstości nośników ładunków n (liczby nośników w jednostce objętości), wartości ładunku przenoszonego przez pojedynczy nośnik q ora/, ruchliwości nośników p

a = nqp    (14.4)

Jednostkami są: n - m”³. ą - C. a p - m² • V“^ł -s"¹. Ruchliwość p jest średnią szybkością przemieszczania się nośników (szybkością dryfu) v podzieloną przez natężenie pola elektrycznego £

p m v/E    (14.5)

Jednostką szybkości dryfu jest m s“ ^l. a natężenia pola elektrycznego - V m~^l.

Przewodność elektryczną materiału można zmienić przez zmianę gęstości nośników ładunków n i/lub ruchliwości nośników ładunków p. W przypadku metali przewodność można zmieniać głównie przez zmianę ruchliwości w nich ładunków, natomiast półprzewodników przez zmianę gęstości nośników ładunków. W ciałach stałych gęstość nośników ładunków oraz ich ruchliwość zmieniają się w bardzo

457