Глава II. Постоянный электрический ток §5. Электрический ток. Условия существования электрического тока

Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение электрически заряженных частиц или заряженных макроскопических тел. За направление тока принимают направленное движение положительно заряженных частиц. Если ток создается отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направление тока считают противоположным направлению движения частиц (рис. 5.1).

Различаютэлектрический ток проводимости, связанный с движением заряженных частиц относительно той или иной среды (т.е. внутри макроскопических тел) и конвекционный ток – движение макроскопических заряженных тел как целого (например, заряженных капель дождя).

Электрический ток проводимости и будет предметом дальнейшего рассмотрения. Бытовое электричество, энергообеспечение космических аппаратов, аппаратура связи, процессы в приборах микроэлектроники, - это далеко не полный перечень того, где реализуется физическое явление – электрический ток проводимости.

Для возникновения и существования электрического тока проводимости необходимо наличие свободных заряженных частиц (т.е. положительных или отрицательных заряженных частиц, не связанных в единую электрически нейтральную систему) и силы, создающей и поддерживающей их упорядоченное движение. Обычно такой силой является сила электрического поля внутри проводника, которое определяется электрическим напряжением на концах проводника. Если напряжение не меняется во времени, то в проводнике устанавливается постоянный ток, если меняется – переменный ток.

Особенности возникновения свободных носителей зарядов и способность пропускать электрический ток проводимости определяют классификацию веществ по их электрическим свойствам, т.е. деление их напроводники, полупроводники и диэлектрики (рис. 5.2).

Электропроводность – это физическая величина, которая количественно характеризует способность тела пропускать электрический ток под воздействием электрического поля. Проводники всегда содержат свободные (или квазисвободные) носители заряда – электроны, ионы. Электропроводность изменяется в широких пределах при изменении температуры, структуры вещества и от характера внешнего воздействия. Мерой "свободы" носителей заряда в проводнике служит отношение среднего времени свободного пробега () к характерному времени столкновения (t_ст):  / t_ст >>1. Чем больше это отношение, тем с большей точностью можно считать частицы свободными.

Проводники, в которых свободными носителями тока (заряда) являются электроны, относят к проводникам 1-го рода, если же преимущественная проводи-мость ионная (например, электролиты) - это проводники 2-го рода. Для про-водников 2-го рода харак-терен перенос массы под воздействием тока, связанный с движением ионов.

Электрическое поле приводит к возникновению в проводниках так называемого дрейфового тока. Диффузионный ток возникает в проводниках при наличии градиента концентрации свободных носителей заряда, который может быть вызван внешним воздействием (магнитным полем, облучением, тепловым воздействием и т.п.).

Диффузия носителей тока, возникающая под действием внешнего электрического поля, называется электродиффузией, действие силы тяжести или давления вызывает бародиффузию, в неравномерно нагретой среде возникает термодиффузия. Существенную роль диффузия носителей тока играет в полупроводниках (p-n переход). Если рассмотреть некоторую монополярную проводящую среду с заданным градиентом концентрации носителей тока (рис. 5.3), то плотность диффузионного тока в некотором сечении с координатой Х будет определяться следующим соотношением:

где D_n – коэффициент диффузии носителей тока (электронов) для заданной проводящей среды.

Еще один ток не был назван – это ток смещения. Его природа будет обсуждена отдельно, так как она не связана с движением свободных зарядов.