Проводники, полупроводники и непроводники электричества

На этом уроке сравним проводники, диэлектрики и полупроводники и узнаем, какие частицы переносят в них электрический заряд. В прошлом уроке мы уже встречались с проводниками и диэлектриками. Их свойства зависят от наличия свободных носителей заряда — заряженных частиц, которые могут перемещаться внутри вещества.

Способность вещества проводить электрический ток называют электропроводностью. Ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. По способности проводить ток вещества делят на три основных класса: проводники, полупроводники и диэлектрики.

Проводники

Начнем с определения.

Проводник — это вещество или тело, в котором есть свободные носители заряда, способные перемещаться под действием электрического поля.

Примеры проводников:

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

Хорошими проводниками являются металлы (рисунок 1). Особенно хорошо проводят ток серебро и медь. Для изготовления проводов широко применяют медь и алюминий.

Тело человека тоже проводит электрический ток: в тканях и жидкостях организма есть растворенные соли. В школьном опыте при касании шарика заряженного электроскопа часть заряда может перераспределиться через тело человека, и листочки электроскопа опадут.

Носители заряда бывают разными. В металлах заряд переносят свободные электроны, а в растворах солей, кислот и щелочей — положительные и отрицательные ионы. Ион — это заряженная частица, образующаяся, например, когда атом теряет или присоединяет электроны. В организме человека основными носителями тока служат ионы.

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

Непроводники

Дадим определение.

Диэлектрик, или непроводник, — это вещество, в котором при обычных условиях очень мало свободных носителей заряда, поэтому оно практически не проводит электрический ток.

Примеры диэлектриков:

• эбонит
• янтарь
• резина
• фарфор
• пластмасса
• шелк
• масло
• капрон
• воздух и другие неионизированные газы при обычных условиях
• стекло
• сухое дерево

В этих веществах при обычных условиях почти нет свободных носителей заряда. Диэлектрики применяют для изготовления изоляторов и изоляции, например оболочек проводов.

{"questions":[{"content":"Как диэлектрик проводит электрический ток при обычных условиях?[[choice-9]]","widgets":{"choice-9":{"type":"choice","options":["Практически не проводит","Проводит так же хорошо, как медь","Всегда проводит лучше полупроводника"],"explanations":["В диэлектрике очень мало свободных носителей заряда.","",""],"answer":[0]}}}]}

Полупроводники

По способности проводить ток полупроводники обычно занимают промежуточное положение между хорошими проводниками и диэлектриками.

Полупроводник — это вещество, электропроводность которого сильно зависит от температуры, освещения и примесей.

У чистого полупроводника при очень низкой температуре почти нет свободных носителей заряда. В этих условиях он проводит ток очень слабо и по свойствам близок к диэлектрику.

При нагревании часть электронов получает достаточно энергии, чтобы освободиться от связей и участвовать в переносе заряда. Свободных носителей становится больше, поэтому проводимость чистого полупроводника возрастает.

Характерная особенность чистых полупроводников: при нагревании их проводимость возрастает. У металлов при обычных условиях проводимость, как правило, уменьшается.

Нет единой температуры, при которой все полупроводники внезапно начинают проводить ток. Их проводимость меняется постепенно и зависит от самого вещества и примесей. Кремний и германий проводят ток и при комнатной температуре.

Примеры полупроводников:

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

Зависимость проводимости от температуры используют в датчиках температуры. Полупроводниковый датчик меняет свои электрические свойства при нагревании и охлаждении. По этому изменению прибор определяет температуру. Об электрической цепи и ее элементах мы будем говорить в следующих уроках.

{"questions":[{"content":"При очень низкой температуре чистый полупроводник по проводимости близок к[[choice-14]]","widgets":{"choice-14":{"type":"choice","options":["диэлектрику","хорошему проводнику","плазме","металлу"],"explanations":["Свободных носителей заряда очень мало, поэтому ток проходит слабо.","","",""],"answer":[0]}}}]}

Проводимость полупроводников может увеличиваться и при других воздействиях:

• 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":"Проводимость полупроводника может увеличиться 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.

При электризации тело приобретает электрический заряд или заряды в нем перераспределяются. Например, при трении стекла о шелк стекло электризуется, хотя остается диэлектриком.

Проводимость — это способность вещества проводить ток, а электрический ток — само упорядоченное движение заряженных частиц. Заряженное тело не обязательно хорошо проводит ток, а проводник не обязательно имеет избыток заряда.

{"questions":[{"content":"При обычных условиях 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

Тело человека проводит ток. Если между электроскопом и землей через тело есть проводящий путь, заряд электроскопа уменьшается. Избыток электронов на отрицательно заряженном электроскопе может уйти с него по этому пути.

Если электроскоп заряжен положительно, электроны поступают на него и восполняют их недостаток. При этом перенос заряда внутри тела человека обеспечивают главным образом ионы в растворах, а не свободные электроны, как в металле.

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.

Часто задаваемые вопросы