Направлений|спрямований| рух вільних заряджених частинок|часток| в провіднику під дією електричного поля називається електричним струмом|током| провідності

Частинки|частки|, створюючі струм|тік| (їх ще називають носіями заряду), є|з'являються| структурними елементами самих провідників.У провідниках другого роду, до яких відносяться розплавлені солі|соль|, розчини кислот, лугів, солей|соль|, носіями електричного заряду є|з'являються| заряджені атоми і молекули – іони. Тому електричний струм|тік| в провідниках другого роду супроводиться|супроводжується| хімічними змінами і перенесенням|переносом| речовини (наприклад, явище електролізу).

У провідниках першого роду, до яких відносяться метали, струм утворюється вільними електронами, тому електропровідність називається електронною.

Раніше було відмічено, що всі електрони однакові, тому в провідниках з|із| електронною провідністю електричний струм|тік| не супроводиться|супроводжується| зміною хімічного складу провідника. Не виявляється і перенесення|перенос| речовини, оскільки|тому що| маса електронів дуже мала в порівнянні з масою ядра.

Електронна теорія електропровідності добре пояснює|тлумачить| явище електричного струму|току| в металах, дозволяє дати цілком|сповна| задовільну якісну і кількісну характеристику супутнім струму|току| ефектам: нагріванню провідників і електричному опору.

Проте|однак| вона не роз'яснює|роз'ясняє| різну електропровідність металів Відповідь на це питання дає зонна теорія.

На рис.1.11 а,б показано два можливі випадки розташування верхніх дозволених областей зонної діаграми.

Енергія електронів

W W W Зона провідності     Зона Генерація провідності Wс Заборонена ΔW зона ΔW Валентна зона Wv Рекомбінація Валентна зона

а) б) в)

Рис. 1.11 - Схеми рівнів енергії:

а) - у металах; б) - у діелектриках; в) - у власних напівпровідниках

У випадку а зона вільних рівнів 3 впритул примикає до валентної зони 1 або перекриває її. Незалежно від заполнееия валентної зони тіло буде провідником, оскільки вище зайнятих електронами рівнів є близькі за значенням енергії вільні рівні. Тверде тіло буде прводником і у випадку б, коли дозволені області розділені забороненою зоною 2, але валентна зона не заповнена до кінця.

Обидві діаграми відносяться до металів. Їх хороша|добра| електропровідність залежить не від числа валентних електронів| в атомі, як це витікає з електронної теорії, а від вільних рівнів енергії.

У|біля| одновалентних металів валентна зона заповнена лише наполовину, оскільки|тому що| число дозволених рівнів в кристалі дорівнює числу валентних електронів, але|та| кожен рівень можуть зайняти|позичати| два електрони. Тому одновалентні метали (мідь, срібло, золото, лужні метали) мають найбільш високу електропровідність. Під дією електричного поля електрони отримують|одержують| додаткову енергію і легко переходять на вільні рівні, чим і забезпечується направлений|спрямований| їх рух. Інтенсивність явища електричного струму оцінюється фізичною величиною, яка називається силою електричного струму. У практиці цю величину, як і само явище, називають електричним струмом, або просто струмом.

Величина струму|току| провідності визначається електричним зарядом всіх частинок|часток|, що проходить через поперечний перетин провідника в одиницю часу. Припустимо|передбачатимемо|, що через поперечний перетин провідника S за t сeк. рівномірно проходить|минає| t електронів.Заряд кожного електрона е_{0 ,} тому загальний заряд частинок, що пройшли через перетин за цей час

Відношення|ставлення|

(1.7)

виражає|виказує| заряд, перенесений електронами через перетин провідника за 1 с., тобто|цебто| ток (I).|

Одиниця вимірювання|виміру| електричного струму|току| ампер|ампер-хвилина| (А) в Міжнародній системі одиниць є|з'являється| одною з основних.

У практиці застосовують також похідні від ампера|ампер-хвилини|:

1 кілоампер (кА|) = 10³ А – для вимірювання|виміру| великих струмів|токів|;

1міліампер| |(мА|) = 10^-3 А

1 мікроампер (мкА|) =10^-6 А– для вимірювання|виміру| малих струмів|токів|.

Позитивним напрямом|направленням| електричного струму|току| умовно прийнято рахувати напрям|направлення|, в якому рухаються|сунуть| позитивно заряджені частинки|частки|. У металах позитивний напрям|направлення| струму|току| протилежний напряму|направленню| руху електронів.

Електричний струм|тік|, що тривало не змінюється по величині і напряму|направленню|, називається постійним (1 на рис.1.13.). Таким чином, для постійного струму|току| характерна|вдача| зміна заряду в одному напрямі|направленні| з|із| однаковою інтенсивністю.

Рис. 1.12 - Графіки електричного струму

Якщо струм|тік| з часом змінюється, то він називається змінним (2,3 на рис. 1.12)

По осі ординат на графіках в цьому випадку відкладаються миттєві значення струму|току|, які визначаються зміною заряду за нескінченно малий проміжок часу:

(1.8)

На кривій 3 рис. 2.2 показано миттєве значення струму|току| і (t₁) яке він приймає у момент часу t₁.

У практичних розрахунках користуються поняттям щільності електричного струму|току| d.

При струмі|току| в провіднику 1 і поперечному перетині провіднику S чисельне значення щільності струму визначається відношенням

(1.9)

Одиниця щільності струму|току|

При постійному струмі|току|, не дивлячись на|незважаючи на| рух заряджених частинок|часток| провіднику, розподіл заряду в нім стаціонарно, оскільки|тому що| в будь-якому елементі об'єму|обсягу| за деякий проміжок часу заряд заряджених частинок|часток|, що йдуть|вирушають| і входять, однаковий.

Електричне поле, пов'язане з рухомими зарядженими частинками|частками| в провіднику, називається стаціонарним на відміну від електростатичного, пов'язаного з нерухомими зарядженими частинками|частками|.

Електричний струм|тік| в провіднику і відповідне йому стаціонарне електричне поле потрібно підтримувати, безперервно поповнюючи|доповнювати| енергію поля, яка витрачається у зв'язку з рухом заряджених частинок|часток|, перетворюючись на тепло.

Дослідами встановлено|установлений|, що інтенсивність електричного струму|току| пропорційна|пропорціональна| напруженості електричного поля і залежить від властивостей провідника. Щільність електричного струму|току| в провіднику виражається|виказує| твором|добутком| напруженості електричного поля Е і питомій електричній провідності g:

(1.10).

Питома електрична провідність характеризує електропровідність речовини, тобто|цебто| здібність до освіти|утворення| усередині|всередині| речовини електричного струму|току| провідності під дією електричного поля.

Розглянемо|розглядуватимемо| відрізок провідника завдовжки 1 і поперечним перерізом S (рис.1.13)

Рис.1.13 - До визначення електричного опору ділянки проводу|проводу|

Наявність електричного поля в провіднику означає, що потенціал його змінюється при переході від точки|точки| до точки|точки|, тобто|цебто| провідник не є|з'являється| эквіпотенціональним| об'ємом|обсягом|. Якщо поле рівномірне і направлене|спрямоване| уздовж|вздовж| провідника, то різниця потенціалів між його кінцями можна виразити|виказувати| у формулі (1.5)

Вважаючи електричний струм за рівномірно розподілений по перетину і враховуючи формулу (1.10.), отримаємо:

Звідси

Відношення|ставлення|

(1.11)

називається електричною провідністю провідника і позначається|значить| .

Електрична провідність показує, якої величини струм утворюється| в провіднику даних розмірів при напрузі на кінцях 1В. Одиниця електричної провідності

Залежність можна записати у такому вигляді

, (1.12)

де - величина зворотньої провідності, яка називається електричним опором провідника.

Опір струмопровідного матеріалу характеризується величиною, зворотній питомій провідності , яка називається питомим опором:

. (1.13)

Враховуючи формули можна записати вираз|вираження| для опору провідника через його розміри:

. (1.14)

Одиницею електричного опору є опором такого провідника, в якому при різниці потенціалів на кінцях 1 встановлюється струм в 1 :

По формулах (1.11) і (1.14) можна визначити величини питомої провідності , питомого опір і одиниці їх вимірювання. У СІ відповідно:

У практиці прийнято вимірювати довжину проводів в м, а перетин в мм, тому в довідкових таблицях питома провідність часто дається в

1/Ом×мм², а питомий опір в Ом×мм²/м.

Для напівпровідників і діелектриків величина зазвичай виражається в Ом×см.

Формула (1.10),(1.11) і (1.12) є|з'являються| математичним виразом|вираженням| закону Ома в застосуванні|вживанні| до ділянки провідника, в якому на електрони діють тільки|лише| сили електричного поля.