Elektr oʻtkazuvchanlik toki

Elektr oʻtkazuvchanligi (elektr oʻtkazuvchanligi, oʻtkazuvchanlik) — moddaning (atrof-muhitning) elektr tokini oʻtkazish qobiliyati, elektr maydoni taʼsirida ularda elektr tokining paydo boʻlishini aniqlaydigan tananing yoki muhitning xususiyati. Shuningdek, bu qobiliyatni tavsiflovchi va elektr qarshiligiga qarama-qarshi boʻlgan fizik miqdor.

Xalqaro birliklar tizimida (SI) elektr oʻtkazuvchanligini oʻlchash birligi Siemens (ruscha belgilanishi: Sm; xalqaro: S), 1 Sm = 1 Ohm ^-1, yaʼni 1 Om qarshilikka ega boʻlgan elektr zanjirining uchastkaning elektr oʻtkazuvchanligi sifatida aniqlanadi.

Shuningdek, elektr oʻtkazuvchanlik atamasi (muhitning, moddaning elektr oʻtkazuvchanligi) oʻziga xos elektr oʻtkazuvchanligiga ishora qilish uchun ishlatiladi.

Elektr oʻtkazuvchanligi deganda, dielektriklarning oʻzgaruvchan elektr maydoniga oʻzgaruvchan tokni yaratadigan bogʻlangan zaryadlarning tebranishlari (oʻzgaruvchan polarizatsiya) orqali javob berish qobiliyatidan farqli oʻlaroq, birinchi navbatda toʻgʻridan-toʻgʻri oqimni (doimiy maydon taʼsirida) oʻtkazish qobiliyati tushuniladi. . Oʻtkazuvchanlik oqimi amalda qoʻllaniladigan maydonning chastotasiga bogʻliq emas (maʼlum chegaralargacha, past chastotali mintaqada).

Muhitning (moddaning) elektr oʻtkazuvchanligi ushbu muhitda joylashgan zaryadlangan zarrachalarning (elektronlar, ionlar) unda etarlicha erkin harakat qilish qobiliyati bilan bogʻliq. Elektr oʻtkazuvchanligining kattaligi va uning mexanizmi maʼlum bir moddaning tabiatiga (tuzilishiga), uning kimyoviy tarkibiga, agregatsiya holatiga, shuningdek, jismoniy sharoitlarga, birinchi navbatda, haroratga bogʻliq.

Elektr oʻtkazuvchanligi

Maxsus elektr oʻtkazuvchanligi (oʻziga xos oʻtkazuvchanlik) — bu moddaning elektr tokini oʻtkazish qobiliyatining oʻlchovidir. Om qonuniga koʻra, chiziqli izotropik moddada oʻziga xos oʻtkazuvchanlik paydo boʻladigan oqim zichligi va muhitdagi elektr maydonining kattaligi oʻrtasidagi mutanosiblik koeffitsienti hisoblanadi:

${\vec {J}}=\sigma \,{\vec {E}},$

bu yerda $\sigma$ — oʻziga xos oʻtkazuvchanlik;

${\vec {J}}$ joriy zichlik vektori,

${\vec {E}}$ elektr maydon kuchi vektoridir.

• elektr oʻtkazuvchanligi G bir xil oʻtkazgich uzunligi — L doimiy kesma maydoni boʻlgan S oʻtkazgich ishlab chiqarilgan materialning oʻziga xos oʻtkazuvchanligi bilan ifodalash mumkin:

$G=\sigma {\frac {S}{L}}.$

• SI tizimida elektr oʻtkazuvchanligi har bir metr uchun siemens (S / m) yoki ohm ^-1 m ^-1 bilan oʻlchanadi. CGSEda elektr oʻtkazuvchanlik birligi oʻzaro soniya (s ^-1) hisoblanadi.

Bir jinsli boʻlmagan muhitda σ koordinatalarga bogʻliq boʻlishi mumkin (va umuman bogʻliq), yaʼni u oʻtkazgichning turli nuqtalarida mos kelmaydi.

Anizotrop (izotropdan farqli oʻlaroq) muhitning oʻziga xos oʻtkazuvchanligi, odatda, skaler emas, balki tenzor (2-darajali simmetrik tensor) va uni koʻpaytirish matritsani koʻpaytirishga kamayadi:

$J_{i}=\sum \limits _{k=1}^{3}\sigma _{ik}\,E_{k},$

bu holda, oqim zichligi va maydon kuchi vektorlari odatda kollinear emas.

Har qanday chiziqli vosita uchun mahalliy tanlash mumkin (va agar vosita bir hil boʻlsa, u holda global), yaʼni. n. oʻz asosi — matritsa joylashgan Dekart koordinatalarining ortogonal tizimi $\sigma _{ik}$ diagonal boʻladi, yaʼni toʻqqizta tarkibiy qismning qaysi shaklini oladi $\sigma _{ik}$ faqat uchtasi noldan farq qiladi: $\sigma _{11}$, $\sigma _{22}$ Va $\sigma _{33}$ . Bu holda, belgilovchi $\sigma _{ii}$ Qanaqasiga $\sigma _{i}$, oldingi formula oʻrniga biz oddiyroq formulani olamiz:

$J_{i}=\sigma _{i}E_{i}.$

Qiymatlar $\sigma _{i}$ oʻtkazuvchanlik tenzorining asosiy qiymatlari deyiladi. Umumiy holatda yuqoridagi munosabat faqat bitta koordinatalar tizimida amal qiladi.

Superoʻtkazuvchilarning oʻzaro taʼsiri qarshilik deyiladi.

Umuman olganda, yuqorida yozilgan chiziqli munosabat (ham skaler, ham tenzor) eng yaxshi taxminan toʻgʻri va bu yaqinlashish faqat nisbatan kichik miqdorlar uchun yaxshi.E Biroq, bu qadriyatlar bilan hamE, chiziqlilikdan ogʻishlar sezilarli boʻlganda, elektr oʻtkazuvchanligi chiziqli kengayish muddatida omil sifatida oʻz rolini saqlab qolishi mumkin, boshqa yuqori kengayish shartlari esa yaxshi aniqlikni taʼminlaydigan tuzatishlar beradi.

Shuningdek, chiziqli boʻlmagan bogʻliqlik holatida J dan E (yaʼni, umumiy holatda), ga qarab differentsial elektr oʻtkazuvchanligi E :

$\sigma =dJ/dE$ (anizotrop muhit uchun: $\sigma _{ik}=dJ_{i}/dE_{k}$).

Elektr oʻtkazuvchanligi va tok tashuvchilari

Barcha moddalarning elektr oʻtkazuvchanligi ularda tok tashuvchilar (zaryad tashuvchilar) mavjudligi bilan bogʻliq — maʼlum bir moddada uzoq masofani bosib oʻta oladigan harakatlanuvchi zaryadlangan zarralar (elektronlar, ionlar) yoki kvazizarralar (masalan, yarim oʻtkazgichdagi teshiklar). Soddalashtirilgan tarzda aytishimiz mumkinki, bunday zarracha yoki kvazizarra maʼlum bir moddada cheksiz katta, hech boʻlmaganda makroskopik masofani bosib oʻtishi kerak, garchi baʼzi maxsus holatlarda tashuvchilar oʻzgarishi, tugʻilishi va yoʻq qilinishi mumkin va bir-birining oʻrnini bosuvchi (ehtimol va juda qisqa masofadan keyin) oqimni oʻtkazish.

Bir turdagi tashuvchilar uchun oqim zichligi quyidagi formula boʻyicha aniqlanadi:

${\vec {j}}=qn{\vec {v}}_{cp.},$

bu yerda $q$ bitta tashuvchining toʻlovi,

$n$ tashuvchilarning kontsentratsiyasi,

${\vec {v}}_{cp.}$ ularning oʻrtacha tezligi,

yoki ${\vec {j}}=\sum _{i}q_{i}n_{i}{\vec {v}}_{icp.}$ indeks boʻyicha raqamlangan bir nechta turdagi ommaviy axborot vositalari uchun $i,$ 1 dan har biri oʻz zaryadiga (ehtimol kattaligi va belgisi boʻyicha har xil boʻlishi mumkin), oʻz kontsentratsiyasiga, oʻrtacha tezligiga ega boʻlishi mumkin boʻlgan tashuvchilar turlari soniga qadar qiymatni olish (ushbu formulada yigʻindilash barcha mavjud turlari boʻyicha nazarda tutilgan). tashuvchilar), demak, maʼlum bir moddada (oʻrtada) harakatlanayotganda har bir turdagi zarrachalarning (barqaror) oʻrtacha tezligi qoʻllaniladigan elektr maydoniga mutanosib boʻlishini hisobga olsak (agar harakat shu aniq maydon tomonidan yuzaga kelgan boʻlsa). biz bu yerda nimani koʻrib chiqamiz):

                                     ${\vec {v}}_{cp.}=\mu {\vec {E}},$

bu yerda $\mu$ — harakatchanlik deb ataladigan mutanosiblik koeffitsienti va ushbu muayyan muhitda joriy tashuvchining turiga qarab.

Bundan kelib chiqadiki, elektr oʻtkazuvchanlik uchun quyidagi ifoda toʻgʻri keladi:

                   $\sigma =qn\mu ,$

yoki:

$\sigma =\sum _{i}q_{i}n_{i}\mu _{i}$ — bir nechta ommaviy axborot vositalari uchun.

Har xil toifadagi moddalarning elektr oʻtkazuvchanligi va elektr oʻtkazuvchanligi mexanizmlari

Ion oʻtkazuvchanligi

Ion oʻtkazuvchanligiga gazlar, maʼlum qattiq birikmalar (ion kristallari va stakanlar), erigan individual tuzlar hamda aralashmalarning suvdagi eritmalari, suvsiz erituvchilar va eritmalar ega. 2-turdagi oʻtkazgichlarning oʻziga xos oʻtkazuvchanligi qiymatlari juda keng diapazonda oʻzgarib turadi.

Metalllarning elektr oʻtkazuvchanligi

Elektronlar kashf etilishidan oldin ham metallardagi oqim oqimi suyuq elektrolitlardagi oqimdan farqli oʻlaroq, metall moddalarning oʻtishi bilan bogʻliq emasligi aniqlandi. 1901-yilda nemis fizigi Karl Viktor Eduard Eduard tomonidan oʻtkazilgan tajriba shundan iboratki, turli metallarning kontaktlari orqali 2 ta mis va 1 ta alyuminiy silindrning uchlari ehtiyotkorlik bilan sayqallangan, bir-birining ustiga joylashtirilgan, yil davomida doimiy orqali elektr toki oʻtkazildi. Keyin kontaktlar yaqinidagi materialning tarkibi oʻrganildi. Maʼlum boʻlishicha, metall moddaning interfeys boʻylab oʻtishi yoʻq va interfeysning qarama-qarshi tomonlaridagi modda oqim oʻtishidan oldingi tarkibga ega. Shunday qilib, elektr tokining uzatilishi metallarning atomlari va molekulalari tomonidan emas, balki boshqa zarralar tomonidan amalga oshirilishi koʻrsatildi. Biroq, bu tajribalar metallardagi zaryad tashuvchilarning tabiati haqidagi savolga javob bermadi.

Issiqlik oʻtkazuvchanlik koeffitsienti bilan bogʻliqlik

Yuqori haroratlarda metallar uchun amal qiladigan Wiedemann-Franz qonuni elektr oʻtkazuvchanligi oʻrtasida aniq bogʻliqlikni oʻrnatadi. $\sigma$ issiqlik oʻtkazuvchanligi bilan K:

${\frac {K}{\sigma }}={\frac {\pi ^{2}}{3}}{\left({\frac {k}{e}}\right)^{2}}T,$

bu yerda k — Boltsman doimiysi,

 — elementar zaryad.

Eritmalarning elektr oʻtkazuvchanligi

Ionlarning harakat tezligi elektr maydonining kuchiga, haroratga, eritmaning qovushqoqligiga, ionning radiusi va zaryadiga, ionlararo oʻzaro taʼsirga bogʻliq.

Kuchli elektrolitlar eritmalarida ikki oʻzaro qarama-qarshi taʼsirning taʼsiri tufayli elektr oʻtkazuvchanligining konsentratsiyaga bogʻliqligi kuzatiladi. Bir tomondan, suyultirish ortishi bilan eritmaning birlik hajmidagi ionlar soni kamayadi. Boshqa tomondan, qarama-qarshi belgining ionlari tomonidan tormozlanishning zaiflashishi tufayli ularning tezligi ortadi.

Zaif elektrolitlar eritmalari uchun elektr oʻtkazuvchanligining konsentratsiyaga bogʻliqligi tabiati kuzatiladi, bu suyultirishning ortishi, bir tomondan, elektrolitlar molekulalari konsentratsiyasining pasayishiga olib kelishi bilan izohlanadi. Bunda ionlanish darajasi ortishi hisobiga ionlar soni ortadi.

Metalllardan (1-turdagi oʻtkazgichlardan) farqli oʻlaroq, kuchsiz va kuchli elektrolitlar (2-tur oʻtkazgichlar) eritmalarining elektr oʻtkazuvchanligi harorat oshishi bilan ortadi. Bu haqiqatni eritmaning yopishqoqligining pasayishi va interion oʻzaro taʼsirining zaiflashishi natijasida harakatchanlikning oshishi bilan izohlash mumkin.

Elektroforetik effekt — elektr maydoni taʼsirida qarama-qarshi belgili ionlarning koʻrib chiqilayotgan ionning harakat yoʻnalishiga teskari yoʻnalishda harakatlanishi tufayli tashuvchining sekinlashuvining paydo boʻlishi.

Relaksatsiya effekti — bu harakatdagi ionlarning ion atmosferasiga nisbatan assimetrik joylashganligi sababli tashuvchilarning sekinlashishi. Ion orqasidagi boʻshliqda qarama-qarshi belgili zaryadlarning toʻplanishi uning harakatining sekinlashishiga olib keladi.

Elektr maydonining yuqori kuchlanishlarida ionlarning harakat tezligi shunchalik yuqoriki, ion atmosferasi hosil boʻlishga vaqt topa olmaydi. Natijada, elektroforetik va gevşeme inhibisyonu koʻrinmaydi.

Baʼzi moddalarning elektr oʻtkazuvchanligi (jadval)

Maxsus oʻtkazuvchanlik +20 °C da berilgan:

Modda	sm / m	Modda	sm / m	Modda	sm / m	Modda	sm / m	Modda	sm / m
kumush	62 500 000	molibden	18 500 000	qalay	8 330 000	simob	1 040 000	marmar	10 -8
mis	59 500 000	volfram	18 200 000	quyma poʻlat	7 690 000	nikrom	893 000	stakan	10 −11
oltin	45 500 000	sink	16 900 000	qoʻrgʻoshin	4 810 000	grafit	125 000	chinni	10 −14
alyuminiy	38 000 000	nikel	11 500 000	nikel kumush	3 030 000	dengiz suvi	4	kvarts shishasi	10 −16
magniy	22 700 000	toza temir	10 000 000	doimiy	2 000 000	yer nam	10 −2	amber	10 −18
iridiy	21 100 000	platina	9 350 000	manganin	2 330 000	distillangan suv.	10 −4

Manbalar

• Matveev A. N. Elektrichestvo i magnetizm. (Pervoe izd. M.: Visshaya shkola, 1983. 463 s.)
• Ершов Ю. А., Попков В. А., Берлянд А. С. и др.. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов, Изд. 8-е, стереотипное, {{[[Andoza:{{{1}}}|{{{1}}}]]}}. ISBN 978-5-06-006180-2. 
• Блатт Ф.. Физика электронной проводимости в твердых телах, {{[[Andoza:{{{1}}}|{{{1}}}]]}}.