Wir alle sind von einer Vielzahl unterschiedlichster Geräte und darauf basierender Gesamtsysteme umgeben, die im Laufe ihrer Funktionsweise auf die eine oder andere Weise elektrischen Strom verbrauchen. Das Konzept des elektrischen Stroms wurde eingeführt, um der Beschreibung des Ablaufs eine gewisse Bedeutung zu verleihen Klarheit, die durch die gezielte Bildung einer direkten Analogie zur Hydrodynamik durch erreicht wurde Flüssigkeitsströmung.
Mit der Anhäufung von Wissen über Elektrizität wurde gezeigt, dass der Stromfluss in erster Linie erfolgt Bewegung eines elektromagnetischen Feldes entlang eines leitenden Mediums, die bei Geschwindigkeiten auftritt, die sich nicht zu stark von der Geschwindigkeit unterscheiden Sveta. In diesem Fall bewegt sich das Feld von einem Punkt mit einem höheren Potential in Richtung eines Punktes mit einem niedrigeren Potential, d.h. nach dem klassischen Schema von Plus bis Minus.
Die eigentliche Bewegung der Ladungsträger, die diesen Vorgang begleitet, findet ebenfalls statt, jedoch mit einer merklich geringeren Geschwindigkeit. In verschiedenen Materialien findet es in verschiedene Richtungen statt.
Sorten von Ladungsträgern
Es ist bekannt, dass Ladungsträger in positive und negative unterteilt sind. Negative Ladungen besitzen Elektronen und Ionen, Ionen überwiegen unter Trägern einer positiven Ladung. Negative Ladungen bewegen sich in Richtung eines höheren Potentials, während positive Ladungen in Richtung eines niedrigeren Potentials gehen. In beiden Fällen tritt in der Umgebung ein elektrischer Strom auf.
Es tritt eine klassische Mehrdeutigkeit auf, die durch konventionelle Vereinbarung beseitigt wird. Auf Postulatebene wird davon ausgegangen, dass der Strom unabhängig von der Art der Gebühren immer von Plus nach Minus fließt.
Die Bewegung von Ladungen in Metallen
Die meisten Metalle bei Temperaturen, die für die Elektro- und Drahtkommunikationstechnologie praktisch wichtig sind, befinden sich in einem festen Zustand und enthalten keine Ionen.
Infolgedessen wird der Strom in festen leitenden Materialien durch den elektronischen Leitfähigkeitstyp bestimmt, d.h. freie Elektronen (Abbildung 1), die übernehmen die Funktionen von Ladungsträgern, im Prozess des Stromflusses bewegen sie sich entgegen der Richtung des Stromflusses, Bild 2.
Elektronen in Metallen werden leicht durch ein elektrisches Feld aus ihren Bahnen abgerissen, entlang dessen sie sich ohne Potentialdifferenz um Atome drehen. Somit wird mit einer unbedeutenden Potentialdifferenz eine große Anzahl von Ladungsträgern gebildet, d.h. Metalle haben einen relativ geringen elektrischen Widerstand.
Ladungsbewegung in Halbleitern
Halbleiter sind Metallen in ihrer Leitfähigkeit bei Raumtemperatur merklich unterlegen. Zu dieser Gruppe gehörende Materialien werden in Halbleiter vom n-Typ und p-Typ unterteilt. Halbleiter vom n-Typ haben im Normalzustand einen Elektronenüberschuss, der sich beim Übergang zum p-Typ manifestiert Mangel an Elektronen, aber die verbleibenden gehen relativ leicht von einer erlaubten Position in Atomen zu Ein weiterer. Letzteres entspricht der Bewegung positiver Ladungen.
Ein Merkmal von Halbleitern ist, dass ihre Leitfähigkeit mit steigender Temperatur stark ansteigt: Aufgrund der schwachen Bindung an Atome ändert sich bei steigender Temperatur die Anzahl der ungebundenen Elektronen erheblich.
Somit kann die Bewegungsrichtung von Ladungen in Halbleitern sowohl mit der Richtung des Stromflusses (p-Typ) übereinstimmen als auch dieser entgegengesetzt sein (n-Typ).
Bewegung von Ladungen in Flüssigkeiten und Gasen
Ein Merkmal von Flüssigkeiten und Gasen ist, dass Ionen in ihnen Ladungsträger sind. Sie können entweder positiv (Kationen) oder negativ (Anionen) sein (Abbildung 3). Wenn negative Kationen vorherrschen, bewegen sie sich dementsprechend "gegen den Strom", während sich positive Kationen "entlang des Stroms" bewegen.