Проводники, полупроводники и непроводники электричества

В прошлом уроке мы уже упоминали о проводниках и диэлектриках. Мы определили их как вещества, в которых присутствуют или отсутствуют свободные электроны. Именно они осуществляют перенос электрического заряда. В проводниках они есть, а в диэлектриках — нет.

И все же, главная особенность, которую мы будем рассматривать — это способность проводить ток или передавать электрический заряд. По этой способности вещества делят на три основных класса: проводники, полупроводники и диэлектрики. На данном уроке мы дадим определение каждому классу веществ, рассмотрим природу полупроводников, с которыми мы раньше не встречались. 

Проводники

Начнем с определения.

Проводник — это тело, через которое электрические заряды могут переходить от заряженного тела к незаряженному.

Примеры проводников:

• металлы
• почва
• вода с растворенными в ней солями, кислотами или щелочами
• графит

Самыми лучшими проводниками являются металлы (рисунок 1). Максимальной проводимостью обладают серебро, медь и алюминий.

Наши тела тоже проводят электричество. Мы являемся очень своеобразными проводниками. Это легко проверить, дотронувшись до любого заряженного тела, например, до лепестков электроскопа. Заряд перейдет на нас, а затем уйдет через пол в землю.

Во всех этих веществах и в нашем теле есть свободные электроны, которые и переносят заряд.

{"questions":[{"content":"Проводниками являются [[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Тело человека","Сталь","Медь","Земля","Стекло","Пластмасса","Кремний"],"answer":[0,1,2,3]}}}]}

Непроводники

Дадим определение.

Диэлектрик/непроводник — это тело, через которое электрические заряды не могут переходить от заряженного тела к незаряженному.

Примеры диэлектриков:

• эбонит
• янтарь
• резина
• фарфор
• пластмасса
• шелк
• масло
• капрон
• воздух и газы
• стекло
• сухое дерево

Все эти вещества объединяет отсутствие свободных электронов. Они же применяются для изготовления изолятов или изоляции.

{"questions":[{"content":"В диэлектриках электрические заряды[[choice-9]]","widgets":{"choice-9":{"type":"choice","options":["Не могут переходить от заряженного тела к незаряженному","Могут переходить от заряженного тела к незаряженному","Могут переходить от заряженного тела к незаряженному в зависимости от условий"],"explanations":["","Это относится к проводниками.","Это относится к полупроводникам."],"answer":[0]}}}]}

Полупроводники

Эти тела по способности передавать электрические заряды занимают промежуточное значение между проводниками и диэлектриками.

Полупроводник — это  тело, которое не проводит электричество при низких температурах, но начинают проводить электричество при более высоких температурах.

Что это означает? Дело в том, что при низкой температуре полупроводники являются диэлектриками. Они не способны передать какой-то заряд. 

Повысим температуру. Атомы вещества начинают сильнее колебаться около положений своего равновесия. Эти колебания достигают такой силы, что электроны, находящиеся на внешних оболочках атомов (валентные электроны) становятся свободными. Так полупроводник становится проводником.

Какой характерной особенностью обладают полупроводники? С повышением температуры их проводимость возрастает. Интересно, что у металлов она, наоборот, будет уменьшаться.

Обратите внимание, что эта температура не всегда является очень высокой. Например, для кремния и германия она составляет около $20 \degree C$.

Примеры полупроводников:

• оксиды и сульфаты металлов
• германий
• кремний
• некоторые органические вещества

Из-за своих свойств полупроводники широко применяются в технике. Часто их используют как своеобразные термометры. Например, их используют как температурно зависимые резисторы. Это позволяет контролировать протекание тока при определенных температурах. Когда она достигает критической отметки, какой-то участок цепи перестает проводить ток или, наоборот, начинает. Более подробно об электрической цепи и ее составляющих мы будем говорить в следующих уроках.

{"questions":[{"content":"При низких температурах полупроводник ведет себя как[[choice-14]]","widgets":{"choice-14":{"type":"choice","options":["Диэлектрик","Проводник","Плазма","Металл"],"explanations":["","Полупроводники ведут себя как проводники при высоких температурах.","","Металлы являются проводниками."],"answer":[0]}}}]}

Полупроводники начинают проводить электричество и при других воздействиях на них:

• воздействие света
• пропускание потока быстрых частиц
• введение примесей

Фотопроводимость — это явление повышения проводимости вещества под воздействием света.

Это явление позволяет использовать полупроводники в системах дистанционного управления и сигнализации. Можно сказать, что область применения полупроводников в технике сама по себе очень широка. Они являются составной частью микросхем в телевизорах, компьютерах, радио, используются при создании транзисторов, диодов и др.

{"questions":[{"content":"Полупроводники могут начать проводить электричество при [[choice-20]]","widgets":{"choice-20":{"type":"choice","options":["Воздействии света","Повышении температуры","Введении специальных примесей","Понижении температуры","Электризации"],"answer":[0,1,2]}}}]}

Проводимость и электризация

Отметим важный момент. Никогда не стоит путать электризацию и проводимость.

Тела, не являющиеся проводниками, вполне могут обладать способностью наэлектризовываться.

Электризация происходит при непосредственном соприкосновении тел. Проводимость же возникает внутри тела.

В ходе электризации одно тело теряет электроны, а другое приобретает. Проводимость или электрический ток (подробнее в следующем уроке) описывает упорядоченное движение частиц внутри тела.

{"questions":[{"content":"Стекло является [[fill_choice-25]], но оно может [[fill_choice-29]].","widgets":{"fill_choice-25":{"type":"fill_choice","options":["диэлектриком","проводником","полупроводником"],"answer":0},"fill_choice-29":{"type":"fill_choice","options":["наэлектризоваться","проводить электричество","стать полупроводником в определенных условиях"],"answer":0}}}]}

Упражнения

Наше тело является проводником электричества. Когда мы касаемся шарика заряженного электроскопа, заряд (свободные электроны) переходит в наше тело. При нашем соприкосновении с полом и землей, заряд уйдет туда. Так происходит, если электроскоп заряжен отрицательно.

Если же электроскоп заряжен положительно, то коснувшись его, мы нейтрализуем заряд, сообщив ему некоторое количество электронов. Ведь, являясь проводником, в нашем теле имеется большое количество свободных электронов.

Металлы — хорошие проводники. Металлический стержень может передавать заряд от шара к лепесткам.

Если сделать стержень из диэлектрика, то заряд передаваться не будет, электроскоп окажется нерабочим.

Обратите внимание, что тело не касается электроскопа. При его приближении на шаре образуется отрицательный заряд, а на лепестках — положительный.

Электрическое поле положительно заряженного тела будет действовать на электроскоп, свободные электроны придут в движение. Силы притяжения между разноименными зарядами заставят их собраться на шаре. В другой части электроскопа (на лепестках) образуется недостаток электронов, образуется положительный заряд.