ому тілі утворюється ціла смуга - зона енергетичних рівнів.
Рис. 2. показує відмінність в енергетичних діаграмах (при температурі 0 В° К) металевих провідників, напівпровідників і діелектриків. Діелектриком буде таке тіло, у якого заборонена зона настільки велика, що електронній електропровідності в звичайних умовах не спостерігається. Напівпровідниками будуть речовини з більш вузькою забороненою зоною, яка може бути подолана за рахунок зовнішніх енергетичних впливів. У металевих провідників заповнена електронами зона впритул прилягає до зони вільних енергетичних рівнів або навіть перекривається нею. Внаслідок цього електрони в металі вільні, так як вони можуть переходити з рівнів заповненої зони на незайняті рівні вільної зони під впливом слабких напруженостей прикладеної до провідника електричного поля.
За відсутності в напівпровіднику вільних електронів (Т = 0 В° К) прикладена до нього різниця електричних потенціалів не викличе струму. Якщо ззовні буде підведена енергія, достатня для перекидання електронів через заборонену зону, то, ставши вільними, електрони зможуть переміщатися і під дією електричного поля, створюючи електронну електропровідність напівпровідника.
В
Рис. 2. Енергетичне відмінність металевих провідників від напівпровідників і діелектриків
У заповненій зоні, звідки пішов електрон, утворилася В«електронна діркаВ», а тому в напівпровіднику почнеться інше В«ЕстафетнеВ» рух електронів, що заповнюють утворилася дірку, причому під впливом електричного поля дірка буде рухатися в напрямку поля як еквівалентний позитивний заряд.
Процес переходу електронів у вільний стан супроводжується і зворотним явищем, тобто поверненням електронів в нормальне стан. У результаті в речовині настає рівновага, тобто кількість електронів, що переходять у вільну зону, стає рівною кількості електронів, які повертаються назад у нормальний стан.
З підвищенням температури число вільних електронів в напівпровіднику зростає, а з пониженням температури до абсолютного нуля - зменшується аж до нуля.
Таким чином, речовина, що представляє собою діелектрик при одних температурах, при інших, більш високих, може придбати провідність; при цьому відбувається якісна зміна речовини.
Енергію, необхідну для перекладу електрона в вільний стан або для утворення дірки, можуть доставити не тільки тепловий рух, але й інші джерела енергії, наприклад, поглинена матеріалом енергія світла, енергія потоку електронів і ядерних частинок, енергія електричних і магнітних полів, механічна енергія і т. д.
Збільшення числа вільних електронів чи дірок в речовині під впливом будь-якого виду енергії сприяє підвищенню електропровідності, збільшення струму, появі електрорушійних сил.
Електричні властивості визначаються умовами взаємодії атомів речовини і не є неодмінною особливістю даного атома. Наприклад, вуглець у вигляді алмазу є діелектриком, а у вигляді графіту він має велику провідність.
Домішки та пов'язані з ними дефекти кристалічної решітки також грають велику роль в електричних властивостях твердих тіл.
2.2 Провідникові матеріали
До цієї групи матеріалів відносяться метали та їх сплави. Чисті метали мають малий питомий опір. Винятком є ​​ртуть, у якої питомий опір досить високе. Сплави також володіють високою питомою опором. Чисті метали застосовуються при виготовленні обмотувальних і монтажних проводів, кабелів і пр. Провідникові сплави у вигляді дроту і стрічок використовуються в реостатах, потенціометрах, додаткових опорах і т. д.
У підгрупі сплавів з високим питомим опором виділяють групу жаротривких провідникових матеріалів, стійких до окислення при високих температурах. Жаротривкі, або жаростійкі, провідникові сплави застосовуються в електронагрівальних приладах і реостатах. Крім малого питомої опору, чисті метали мають гарну пластичністю, тобто можуть витягатися в тонку дріт, в стрічки і прокочуватися у фольгу товщиною менше 0,01 мм. Сплави металів мають меншу пластичність, але більш пружні і стійкі механічно. Характерною особливістю всіх металевих провідникових матеріалів є їх електронна електропровідність. Питомий опір всіх металевих провідників збільшується із зростанням температури, а також в результаті механічної обробки, що викликає залишкову деформацію в металі.
Прокатку або волочіння використовують у тому випадку, коли потрібно отримати провідникові матеріали з підвищеною механічною міцністю, наприклад при виготовленні проводів повітряних ліній, тролеїв і пр. Щоб повернути деформованим металевим провідникам колишню величину питомої опору, їх піддають термічній обробці - відпалу без доступу кисню.
В якості провідників електричного струму можуть бути використані тверді тіла, рідини, а при відповідних умовах і гази.
Твердими провідниками є метали. Металеві провідникові матеріали можуть бути розділені на матер...
