1. Струм у металах

Ми вже знаємо, що речовини можна поділити на провідники та діелектрики. 

Ви вже переконалися на попередньому уроці, що хорошими провідниками є метали.

Метали у твердому стані, як відомо, мають кристалічну будову. Частинки в кристалах розміщені в певному порядку, утворюючи просторову (кристалічну) решітку.

У вузлах кристалічної решітки металу розміщені позитивні іони, а в просторі між ними рухаються вільні електрони, тобто електрони, не зв'язані з ядрами атомів.

Негативний заряд усіх вільних електронів за абсолютним значенням дорівнює позитивному заряду всіх іонів решітки. Тому за звичайних умов метал електрично нейтральний. Вільні електрони в ньому рухаються безладно. Але якщо в металі створити електричне поле, то вільні електрони почнуть напрямлено рухатися під дією електричних сил — виникне електричний струм. Безладний рух окремих електронів при цьому зберігається, подібно до того, як зберігається безладний рух комахи у зграйці, коли під впливом вітру вся зграйка переміщується в одному напрямі.

Отже, електричний струм у металах — це впорядкований рух вільних електронів.

2. Швидкість струму

Як ви гадаєте, яка швидкість електричного струму? (Учні висовують свої гіпотези.) Швидкість руху самих електронів у провіднику невелика — кілька міліметрів на секунду, але щойно в провіднику виникає електричне поле, воно з величезною швидкістю, близькою до швидкості світла у вакуумі (300 000 км/с), поширюється по всій довжині провідника. Одночасно з поширенням електричного поля всі електрони починають рухатися в одному напрямі по всій довжині провідника. Коли говорять про швидкість електричного струму в провіднику, то мають на увазі швидкість поширення по провіднику електричного поля.

3. Провідники струму

Поряд із металами добрими провідниками, тобто речовинами з великою кількістю вільних заряджених частинок, є водні розчини та розплави електролітів та іонізований газ (плазма).

Якщо в металах електричний струм створюють вільні електрони, то в електролітах — розплавах і розчинах кислот, лугів, солей у воді або в інших розчинах — іони (як позитивно, так і негативно заряджені). Під дією електричного поля позитивно заряджені частинки рухаються в одному напрямку, а негативно заряджені — у протилежному. В газах струм утворюють рухомі іони обох знаків, а також електрони.

4. Напрям струму

У багатьох випадках ми говоримо не про напрям руху заряджених частинок, а про напрям струму. Напрям руху яких заряджених частинок в електричному полі треба було б узяти за напрям струму?

Оскільки здебільшого ми маємо справу з металами, то за напрям струму в колі доцільно було б узяти напрям руху електронів. Але цілком умовно та історично склалося, що за напрям струму взяли той напрям, у якому рухаються (або могли б рухатися) позитивно заряджені частинки, тобто напрям від позитивно зарядженого полюса джерела струму до негативно зарядженого.

5. Напівпровідники

У другій половині XX ст. у різних галузях народного господарства набули поширення напівпровідникові прилади. Їх велика популярність пояснюється високою економічністю, довговічністю і міцністю за малих габаритів. Які ж речовини є напівпровідниками? Зазвичай напівпровідниками вважають речовини, що займають проміжне місце за здатністю проводити електричний струм між провідниками та діелектриками. Характерна особливість напівпровідників – це значна залежність їх провідності від стану речовини: температури, освітлення, наявності домішок тощо. Напівпровідники за одних умов виявляють властивості провідників, а за інших — діелектриків. Наприклад, за низьких температур напівпровідники є, фактично, діелектриками, а при підвищенні температури їхня провідність збільшується. До напівпровідників належать такі матеріали: кремній, германій, селен та ін.