Электропроводность вещества

Под действием напряженности электрического поля Е заряженные свободные частицы вещества приобретают составляющую скорости v_э вдоль направления поля и появляется электрический ток. Объемная плотность тока j в однородном и изотропном веществе пропоциональна напряженности Е:,

,

где γ_v — удельная объемная проводимость вещества.

Формула является выражением закона Ома в дифференциальной форме

Вместо проводимости γ_v нередко используют обратную величину — удельное объемное сопротивление

.

Количество заряженных свободных частиц в единице объема представляет собой концентрацию носителей заряда в веществе п; величину заряда каждой частицы обозначим через q. Составляющие скорости отдельных носителей вдоль направления Е различны, поэтому в рассмотрение вводят среднюю скорость v_э. Произведение этой скорости на nq выражает собой количество электричества, проходящее через единицу сечения, перпендикулярного напряженности Е, в единицу времени, т.е. плотность тока

.

Сравнение правых частей формул и позволяет получить для удельной объемной электропроводности выражение

.

Как мы знаем, средняя скорость , отнесенная к единице напряженности поля Е, называется подвижностью носителей зарядов

.

С учетом этого соотношения общее выражение для удельной объемной электропроводности приобретает вид

.

При выводе этой формулы не выдвигались какие-либо предположения о том, что представляют собой носители зарядов, и не устанавливались в связи с этим какие-либо ограничения. Таким образом, формула является общей для возможных видов электропроводности.

Однако в зависимости от природы носителей зарядов в данном веществе электропроводность может иметь существенные различия. Основные виды электропроводности:

1) электронная электропроводность, при которой носителями тока являются элементарные отрицательно заряженные частицы — электроны;

2) ионная, или электролитическая электропроводность; носителями тока являются ионы, т.е. имеющие положительный или же отрицательный заряд части молекул — атомы или группы атомов; прохождение тока через вещество сопровождается в этом случае явлением электролиза или более сложными процессами;

3) молионная. или электрофоретическая. электропроводность; носителями зарядов являются заряженные группы молекул — молионы; прохождение тока через вещество сопровождается явлением электрофореза.

В отдельных случаях может наблюдаться смешанная электропроводность, когда в веществе одновременно движутся носители зарядов различных видов.

Установившийся процесс электропроводности характеризуется непрерывным обменом зарядами между образцом и электродами и сохранением электрической симметрии в объеме образца. Иными словами, при установившемся токе проводимости вещество во всем объеме образца остается электрически нейтральным — вместо ушедших заряженных частиц прибывают другие. Такую электропроводность обычно именуют сквозной.