електропровідність

ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ (електрична провідність, провідність) - здатність речовини пропускати електричний струм під дією елект. поля, а також фіз. величина, що кількісно характеризує цю здатність. Е. обумовлена присутністю вільних носіїв заряду в твердому тілі, спрямований рух яких брало і є електричні. струм.

В однорідних ізотропних провідниках щільність електричного струму j в даній точці пов'язана з напруженістю електричні. поля в тій же точці Ома законом постійний коеф. пропорційності а зв. Е. або уд. Е., або провідністю. Одиницею виміру Е. в СІ служить в фізики частіше використовується в системі СГСЕ і в Гаусса системі одиниць Е. має розмірність, обернену часу, і одиницею Е. є

В анізотропних провідниках, напр, в монокристалах, Е. для різних напрямків може бути різною. Це призводить до неколінеарності векторів і тензорною зв'язку між ними: Е. в цьому випадку описується тензором другого рангу sik. Тензор Е. задовольняє співвідношенням Онсагера (див. Онсагера теорема ) т. е. є симетричним [при наявності магн. поля ці співвідношення приймають вид: т. е. симетричність тензора Е. порушується].

Поблизу стану термодинамич. рівноваги гл. значення тензора Е. позитивні, що є наслідком закону зростання ентропії (див. Другий закон термодинаміки ). У загальному випадку залежність нелінійна, т. к. залежить від в цьому випадку вводять поняття диффе-ренц. Е. (В разі анізотропного провідника ). У сильно нерівноважних умовах (сильне електричні. Поле, інтенсивне освітлення) діфференц. Е. в деякої області елект. полів може стати негативною (див. Негативне диференціальне опір ) .Теоретіч. аналіз показує, що в деяких особливих нерівноважних ситуаціях можлива отрицат. повна Е. (Це означає, що вектори електричні. Поля і щільності струму антіпараллельни, т. е. струм тече назустріч полю).

В разі диспергирующей середовища зв'язок між не має зазначеного вище простого виду, а носить нелокальний характер: значення щільності струму в даній точці в момент часу t визначається не одним лише значенням а значеннями у всіх точках провідника в усі попередні t моменти часу і описується інтегральним співвідношенням. Якщо провідного середовища лінійна (її властивості не залежать від напруженості електричні. Поля), стаціонарне (властивості не залежать явно від часу) і просторово однорідна, то існує простий зв'язок між просторово-часовими Фур'є-образу-ми ф-ций

У такому випадку говорять про Е., що залежить від частоти (Тимчасова дисперсія) і хвильового вектора (Просторова дисперсія). величина в загальному випадку комплексна, її дійсна і уявна частини пов'язані дисперсійними співвідношеннями , Аналогічними Крамерса - Кроніга співвідношенням. Е. зв'язується з кореляційними функціями струмів Кубо формулами .

Е. пов'язана з рухливістю носіїв заряду ц співвідношенням де q - заряд носія, п - концентрація носіїв. У разі, коли Е. здійснюється дек. сортами носіїв, що характеризуються зарядами по-двіжностямі і концентраціями повна Е. дорівнює сумі парціальних Е .:

Фіз. механізм, величина і температурна залежність Е. лежать в основі класифікації твердих тіл на діелектрики, напівпровідники і метали . діелектрики в рівноважному стані характеризуються відсутністю вільних електронів, Е. в них здійснюється за допомогою перескоків власної. або домішкових іонів між сусідніми вузлами кристалічної. решітки або междоузлиями і носить активації. характер, експоненціально зростаючи при підвищенні темп-ри по закону

де Е, - енергія активації Е .; коеф. стс залежить від темп-ри, але значно слабше, ніж експоненц. множник. Е. діелектриків варіює в діапазоні від 1 (Г18 до 10 "8 Ом" 1-см "1 при кімнатній темп-ре. У сильних електро-Тріч. Полях Е. діелектриків сильно зростає.

В напівпровідниках Е. здійснюється рухом електронів провідності і дірок (див. зонна теорія ), Рухливість яких брало на багато порядків перевищує рухливість іонів. Відповідно до цього Е. у напівпровідників набагато більше, ніж у діелектриків; вона становить при кімнатній темп-ре 10 ~ 7-103 Ом "1-см" 1 і сильно залежить від хім. складу і наявності домішок. Температурна залежність Е. напівпровідників визначається в осн. швидким підвищенням концентрації електронів і дірок з ростом темп-ри, описуваних експоненц. законом (2); рухливість при цьому також змінюється, але зазвичай значно повільніше, за степеневим законом. У невпорядкованих напівпровідниках можлива також стрибкова провідність. Е .полупроводніков сильно залежить від зовн. впливів (магн. поля, освітлення, іонізуючого опромінення, тиску та ін.).

Метали характеризуються високою (порівнянної з числом атомів в одиниці об'єму) концентрацією носіїв заряду, з чим пов'язана їх висока Е. (104-106 Ом "1-см" 1 при кімнатній темп-ре). Концентрація носіїв в металах відмінна від нуля навіть при абс. нулі, температурна залежність Е. обумовлена ​​зміною (збільшенням) довжини вільного пробігу (І, отже, рухливості) носіїв при зниженні темп-ри. При низьких темп-pax Е. багатьох металів і сплавів стає нескінченною (див. надпровідність ) .Е. металу пов'язана з його теплопровідністю Видемана-Франца законом. Величина Е. визначає глибину проникнення ел - магн. поля в провідник (див. Скін-ефект ) І час релаксації об'ємного заряду.

Існує ряд явищ, споріднених Е., в яких брало перенесення носіїв заряду здійснюється не електричні. полем, а градієнтом темп-ри (див. термоелектричні явища ), Звуковими хвилями (див. акустоелектричних ефект ), Світловим випромінюванням (Див. Захоплення електронів фотонами ) І т. П. Е. рідин, газів і плазми має низку особливостей, що відрізняють її від Е. твердих тіл (див. Електричні розряди в газах, Електричний пробій, Електроліз). Е. М. Епштейн.

покажчик >>