« Фізика – 10 клас»
Як рухаються електрони у металевому провіднику, коли в ньому немає електричного поля?
Як змінюється рух електронів, коли до металевого провідника прикладають напругу?
Електричний струм проводять тверді, рідкі та газоподібні тіла. Чим ці провідники відрізняються один від одного?
Ви познайомилися з електричним струмом у металевих провідниках та із встановленою експериментально вольт-амперною характеристикою цих провідників - законом Ома.
Поряд із металами хорошими провідниками, тобто речовинами з великою кількістю вільних заряджених частинок, є водні розчиниабо розплави електролітів та іонізований газ - плазма. Ці провідники широко використовують у техніці.
У електронних вакуумних приладах електричний струм утворюють потоки електронів.
Металеві провідники знаходять найширше застосування передачі електроенергії від джерел струму до споживачів. Крім того, ці провідники використовуються в електродвигунах та генераторах, електронагрівальних приладах тощо.
Крім провідниківі діелектриків(Речовин з порівняно невеликою кількістю вільних заряджених частинок), є група речовин, провідність яких займає проміжне положення між провідниками і діелектриками. Ці речовини не настільки добре проводять електрику, щоб їх назвати провідниками, але й не настільки погано, щоб їх віднести до діелектриків. Тому вони отримали назву напівпровідників.
Довгий час напівпровідники не відігравали помітної практичної ролі. У електротехніці та радіотехніці застосовували виключно різні провідники та діелектрики. Положення суттєво змінилося, коли спочатку було передбачено теоретично, а потім виявлено та вивчено легкоздійсненну можливість управління електричною провідністю напівпровідників.
Нема універсального носія струму. У таблиці наведені носії струму різних середовищах.
Електронна провідність металів.
Почнемо із металевих провідників. Вольт-амперна характеристика цих провідників нам відома, але поки що нічого не говорилося про її пояснення з точки зору молекулярнокінетичної теорії.
Носіями вільних зарядів у металах є електрони. Їхня концентрація велика - близько 10 28 1/м 3 .
Ці електрони беруть участь у безладному тепловому русі. Під впливом електричного поля вони починають переміщатися впорядковано із середньою швидкістю близько 10 -4 м/с.
Експериментальний доказ існування вільних електронів у металах.
Експериментальний доказ того, що провідність металів зумовлена рухом вільних електронів, було дано в дослідах Мандельштама та Папалексі (1913), Стюарта та Толмена (1916). Схема цих дослідів така.
На котушку намотують дріт, кінці якого припаюють до двох металевих дисків, ізольованих один від одного (рис. 16.1). До кінців дисків за допомогою ковзних контактів підключають гальванометр.
Котушку приводять у швидке обертання, а потім різко зупиняють. Після різкої зупинки котушки вільні заряджені частинки деякий час рухаються щодо провідника інерції, і, отже, в котушці виникає електричний струм. Струм існує незначний час, тому що через опір провідника заряджені частинки гальмуються і впорядкований рух частинок, що утворює струм, припиняється.
Напрямок струму цьому досвіді свідчить, що він створюється рухом негативно заряджених частинок. Заряд, що переноситься при цьому пропорційний відношенню заряду частинок, що створюють струм, до їх маси, тобто | q | / m. Тому вимірюючи заряд, що проходить через гальванометр за час існування струму в ланцюзі, вдалося визначити це відношення. Воно дорівнювало 1,8 10 11 Кл/кг. Ця величина збігалася із ставленням заряду електрона до його маси е/m, знайденим раніше з інших дослідів.
Рух електронів у металі.
Вільні електрони у металі рухаються хаотично. При підключенні провідника до джерела струму у ньому створюється електричне поле, і електрони починає діяти кулонівська сила = q e . Під дією цієї сили електрони починають рухатися спрямовано, тобто на хаотичний рух електронів накладається. Швидкість спрямованого руху збільшується протягом деякого часу t 0 доти, доки не відбудеться зіткнення електронів з іонами кристалічної решітки. При цьому електрони втрачають напрямок руху, а потім знову починають рухатися спрямовано. Таким чином, швидкість спрямованого руху електрона змінюється від нуля до деякого максимального значення, рівного. як де l – довжина провідника.
Сила струму у провіднику пропорційна швидкості упорядкованого руху частинок (див. формулу (15.2)). Тому можемо сказати, що сила струму пропорційна різниці потенціалів на кінцях провідника: I ~ U.
У цьому полягає якісне пояснення закону Омаз урахуванням електронної теорії провідності металів.
Побудувати задовільну кількісну теорію руху електронів у металі з урахуванням законів класичної механіки неможливо. Справа в тому, що умови руху електронів у металі такі, що класична механіка Ньютона не застосовується для опису цього руху. Цей факт підтверджує, наприклад, залежність опору температури. Згідно класичної теоріїметалів, в якій рух електронів розглядається на основі другого закону Ньютона, опір провідника пропорційно експеримент показує лінійну залежність опору від температури.
Для того щоб говорити про електропровідність, потрібно згадати про природу електричного струму як такого. Так, при приміщенні будь-якої речовини всередину електричного поля відбувається пересування зарядів. Цей рух стимулює дію електричного поля. Саме потік електронів і є електрострумом. Сила струму, як відомо нам з шкільних уроківз фізики, вимірюється в Амперах і позначається латинською літерою I. 1 А являє собою електрострум, при якому за час, що дорівнює одній секунді, проходить заряд в 1 Кулон.
Електричний струм буває декількох видів, а саме:
- постійний струм, який не змінюється щодо показника та траєкторії руху у будь-який момент часу;
- змінний струм, який змінює свій показник та траєкторію в часі (виготовляється генераторами та трансформаторами);
- пульсуючий струм зазнає змін у величині, але при цьому не змінює свого напрямку.
Показник електропровідності безпосередньо пов'язаний із вмістом у матеріалі зарядів, що вільно рухаються, які не мають зв'язку з кристалічною сіткою, молекулами або атомами.
Таким чином, за ступенем провідності струму матеріали поділяються на такі типи:
- провідники;
- діелектрики;
- напівпровідники.
Висока здатність до електропровідності трактується в електронній теорії. Так, електрони курсують серед атомів по всьому провіднику через їх слабкий валентний зв'язок з ядрами. Тобто, заряджені частинки, що вільно рухаються, усередині металу закривають собою порожнечі серед атомів і характеризуються хаотичності пересування. Якщо ж в електричне поле буде поміщений провідник з металу, електрони приймуть лад у своєму пересуванні, перейшовши до полюса з позитивним зарядом. Саме за рахунок цього створюється електричний струм. Швидкість поширення електричного поля у просторі аналогічна швидкості світла. Саме з цією швидкістю електрострум рухається всередині провідника. Це не швидкість руху безпосередньо електронів (їх швидкість дуже мала і дорівнює максимум кільком мм/сек), а швидкість поширення електроенергії по всій речовині.
При вільному пересуванні зарядів усередині провідника вони зустрічають своєму шляху різні мікрочастинки, з якими відбувається зіткнення і деяка енергія віддається їм. Провідники, як відомо, зазнають нагрівання. Це відбувається саме через те, що долаючи опір, енергія електронів поширюється як теплове виділення.
Такі «аварії» зарядів створюють перешкоду пересуванню електронів, що називається у фізиці опором. Невеликий опір не сильно нагріває провідник, а при високому досягаються великі температури. Останнє явище використовується в нагрівальних пристроях, а також традиційних лампах розжарювання. Вимір опору відбувається в Омах. Позначається латинською літерою R.
Електропровідність– явище, яке відображає здатність металу чи електроліту проводити електрострум. Ця величина зворотна величині електричного опору.
Вимірюється електропровідність Сіменсамі, а позначається буквою G.
Оскільки атоми створюють перешкоду проходженню струму, показник опору речовин різний. Для позначення було введено поняття питомого опору (Ом-м), яке дає інформацію про можливості провідності речовин.
Сучасні провідні матеріали мають форму тонких стрічок, дротів з конкретною величиною площі поперечного перерізу та певною довжиною. Питома електропровідність та питомий опір вимірюється у наступних одиницях: См-м/мм.кв та Ом-мм.кв/м відповідно.
Таким чином, питомий електричний опір та питома електропровідність є характеристиками провідної здатності того чи іншого матеріалу, площа перерізу якого дорівнює 1 мм.кв., а довжина 1 м. Температура для характеристики – 20 градусів за Цельсієм.
Хорошими провідниками електричного струму серед металів є дорогоцінні метали, а саме золото та срібло, а також мідь, хром та алюміній. Сталеві та залізні провідники мають слабші характеристики. Варто зазначити, що метали в чистому виглядівідрізняються кращими електропровідними властивостями порівняно зі сплавами металів. Для високого опору, якщо це необхідно, застосовують вольфрамові, ніхромові та константні провідники.
Маючи знання про показники питомого опору або питомої провідності, дуже просто обчислити опір і електропровідність певного провідника. При цьому в розрахунках має використовуватися довжина та площа поперечного перерізу конкретного провідника.
Важливо знати, що показник електропровідності, а також опір будь-якого матеріалу залежить від температурного режиму. Це пояснюється тим, що при зміні температури відбуваються і зміни в частоті і амплітуді коливань атомів. Таким чином, при зростанні температури паралельно зросте і опір потоку зарядів, що рухаються. А при зниженні температури відповідно знижується опір, а електропровідність зростає.
У деяких матеріалах залежність температури від опору виражена дуже яскраво, у деяких слабкіше.
В курсі загальної фізики для розрахунку електричних кіл використовують, в основному, закони Ома та Кірхгофа, до яких входять напруги, струми та опори. Однак для розрахунку складних електричних ланцюгів, і особливо ланцюгів змінного струму, доцільно замість опору використовувати провідність.
Провідність у ланцюзі постійного струму g - величина, обернена опору
Одиницею вимірювання провідності в СІ є сименс (на честь німецького електротехніка ХІХ ст. е. в. сименса).
1 Сім – це провідність провідника опором 1 Ом.
У ланцюгах змінного струму, як відомо, існує три типи опорів: активний R, реактивний і повний р. За аналогією з цим введено і три типи провідностей: активна g, реактивна b і повна у. Однак тільки повна провідність є величиною, зворотної повному опору :
Для введення активної g та реактивної b провідностей розглянемо ланцюг змінного струму із послідовно з'єднаних активного R та індуктивного опорів (рис. 1-25, а). Побудуємо для неї векторну діаграму (рис. 1-25 б). Струм у ланцюгу розкладемо на активну та реактивну складові і від отриманого трикутника струмів перейдемо до трикутника опорів (рис. 1-25, в). З останнього маємо:
З векторної діаграми (див. рис. 1-25 б) з урахуванням формули (1.30) маємо:
де активна провідність,
де реактивна провідність.
Тепер встановимо взаємозв'язок між провідниками. Для аналізованого ланцюга маємо:
Підставивши значення відповідно із співвідношень (1.31) і (1.32), отримаємо:
де повна провідність ланцюга.
За аналогією з трикутником опорів (рис. 1-25, в) будуємо трикутник провідностей (рис. 1-25, г). За аналогією з індуктивним та ємнісним опорами розрізняють індуктивну та ємнісну провідності.
У разі розгалуженого ланцюга (рис. 1-26, а) схему легко перетворити на так звану еквівалентну схему (рис. 1-26, б), в якій дві гілки замінені однією з відповідними еквівалентними активними і
реактивним опорами. Розрахунок останніх опору, як та інших параметрів схеми, простіше з використанням провідностей. Встановимо основні закономірності для провідностей у розгалуженому ланцюзі.
Виразимо загальний струм через його складові або еквівалентні провідності:
У свою чергу, активна складова загального струму дорівнює сумі активних складових струмів гілок:
тобто еквівалентна активна провідність розгалуження дорівнює арифметичній суміактивних провідностей гілок.
Так як реактивні складові гілок аналізованого ланцюга знаходяться в протифазі, то для реактивної складової загального струму маємо:
тобто еквівалентна реактивна провідність розгалуження дорівнює сумі алгебри реактивних провідностей паралельних гілок, при цьому береться зі знаком «плюс», а - зі знаком «мінус».
Вважаємо, що J диф, J конв, J терм дорівнюють нулю і J = J мігр. Рух іонів у провідниках другого роду та електронів у провідниках першого роду внаслідок різниці електричних потенціалів обумовлює їхню здатність пропускати електричний струм, тобто їх електричну провідність(Електропровідність). Для кількісної характеристики здатності провідників першого та другого роду пропускати електричний струм застосовують два заходи електричної провідності. Одна з них - питома електрична провідністьκ- є величиною, зворотною питомому опору:
Питомий опір визначається з формули
де R- загальний опір провідника, Ом; l – відстань між двома паралельними площинами, між якими визначено опір, м; S - площа поперечного перерізу провідника, м2.
Отже
та питома електрична провідність визначається як величина, зворотна опору одного кубічного метра провідника з довжиною ребра куба, що дорівнює одному метру. Одиниця питомої електричної провідності: Див/м. З іншого боку, згідно із законом Ома
де Е- Різниця потенціалів між заданими паралельними площинами; I - Струм.
Підставивши цей вираз у рівняння, що визначає питому електричну провідність, отримаємо:
При S = 1 та Е/l = 1 маємо κ = 1. Таким чином, питома електрична провідність чисельно дорівнює струму, що проходить через переріз провідника з поверхнею один квадратний метр, при градієнті потенціалу, що дорівнює одному вольту на метр.
Питома електрична провідність характеризує кількість носіїв заряду одиниці обсягу. Отже, питома електрична провідність залежатиме від концентрації розчину, а індивідуальних речовин - їх щільності.
Другим заходом електричної провідності є еквівалентнаλ е (або молярнаλ м) електрична провідність,дорівнює добутку питомої електричної провідності на кількість кубічних метрів, в яких міститься один еквівалент або один моль речовини:
λ е = κφ е; λ м = κφ м
Оскільки φ виражено в м 3 /екв або м 3 /моль, то одиницею буде См∙м 2 /екв або См∙м 2 /моль.
Для розчинів = 1/С, де З- Концентрація, виражена в моль/м 3 . Тоді
λ е = κ/zC і λ м = κ/С
Якщо ж Звиражена в кмоль/м 3 то е = 1/(zC∙10 3); φ м = 1/(С∙10 3) та
λ е = κ/(zC∙10 3) та λ м = κ/(С∙10 3)
При визначенні молярної провідності індивідуальної речовини (твердої або рідкої) м = V M , але V м = M / d (де V м - молярний об'єм; М - молекулярна маса; d- щільність), слід-
до в а тільно
λ м = κV м = κМ/d
Таким чином, еквівалентна (або молярна) електрична провідність є провідність провідника, що знаходиться між двома паралельними площинами, розташованими на відстані одного метра один від одного і такої площі, щоб між ними помістився один еквівалент (або один моль) речовини (у вигляді розчину або індивідуальної солі).
Ця міра провідності характеризує провідність при однаковій кількості речовини (молі або еквіваленті), але міститься в різних обсягах і, таким чином, відображає вплив сил взаємодії між іонами як функцію міжіонних відстаней.
ЕЛЕКТРОННА ПРОВІДНІСТЬ
Метали, що характеризуються невеликою енергією переходу електрона з валентної зони до зони провідності, вже за нормальної температури мають у зоні провідності достатньо електронів задля забезпечення високої електричної провідності. Провідність металів зменшується із підвищенням температури. Це відбувається через те, що зі зростанням температури в металах переважає ефект збільшення коливальної енергії іонів кристалічних ґрат, Що чинить опір спрямованому руху електронів, над ефектом збільшення числа носіїв заряду в зоні провідності. Опір хімічно чистих металів з підвищенням температури зростає, збільшуючись приблизно на 4∙10 –3 R 0 у разі підвищення температури на градус (R 0 - опір при 0°С). Для більшості хімічно чистих металів при нагріванні спостерігається прямолінійна залежність між опором та температурою
R = R 0 (1 + αt)
де - температурний коефіцієнт опору.
Температурні коефіцієнти сплавів можуть змінюватися в широких межах, наприклад, у латуні α = 1,5∙10 –3 , а константану α = 4∙10 –6 .
Питома провідність металів та сплавів лежить у межах 10 6 - 7∙10 7 див/м. Електрична провідність металу залежить від числа та заряду електронів, що беруть участь у перенесенні струму, та середнього часу пробігу між зіткненнями. Ці параметри при даної напруженості електричного поля визначають і швидкість руху електрона. Тому щільність струму в металі може бути виражена рівнянням
де – середня швидкість упорядкованого руху зарядів; п- Число електронів зони провідності в одиниці обсягу.
Напівпровідники за своєю провідністю займають проміжне положення між металами та ізоляторами. Чисті напівпровідникові матеріали, наприклад германій і кремній, мають власну провідність.
Мал. 5.1. Схема виникнення пари електрон провідності (1) – дірка (2).
Власна провідність обумовлена тим, що при тепловому збудженні електронів відбувається їх перехід із валентної зони до зони провідності. Ці електрони під дією різниці потенціалів рухаються у певному напрямку та забезпечують електронну провідністьнапівпровідників. При переході електрона до зони провідності у валентній зоні залишається вакантне місце - «дірка», еквівалентне присутності одиничного позитивного заряду. Дірка також може переміщатися під дією електричного поля внаслідок перескоку на її місце електрона валентної зони, але у бік, протилежний руху електронів зони провідності, забезпечуючи дірочну провідністьнапівпровідник. Процес утворення дірки показано на рис. 5.1.
Таким чином, у напівпровіднику з власною провідністю є два типи носіїв заряду - електрони та дірки, які забезпечують електронну та дірочну провідність напівпровідника.
У напівпровіднику зі своєю провідністю число електронів у зоні провідності дорівнює числу дірок у валентній зоні. При даній температурі у напівпровіднику існує динамічна рівновага між електронами та дірками, тобто швидкість їх утворення дорівнює швидкості рекомбінації. Рекомбінація електрона зони провідності з діркою валентної зони призводить до "освіти" електрона у валентній зоні.
Питома провідність напівпровідника залежить від концентрації носіїв заряду, тобто від їхньої кількості в одиниці обсягу. Позначимо концентрацію електронів n i , а концентрацію дірок р i . У напівпровіднику з власною провідністю n i = p i (такі напівпровідники коротко називають напівпровідниками i-типу). Концентрація носіїв заряду, наприклад у чистому германії, дорівнює n i = p i ≈10 19 м –3 , у кремнії - приблизно 10 16 м –3 і становить 10 –7 - 10 –10 % по відношенню до атомів N.
Під дією електричного поля у напівпровіднику відбувається спрямований рух електронів та дірок. Щільність струму провідності складається з електронної i eта дірочною i pщільностей струмів: i = i e + i p ,які, попри рівність концентрацій носіїв, не рівні за величиною, оскільки швидкості руху (рухливості) електронів і дірок різні. Щільність електронного струму дорівнює:
Середня швидкість руху електронів пропорційна напруженості Е"електричного поля:
Коефіцієнт пропорційності w e 0 характеризує швидкість руху електрона при одиничній напруженості електричного поля та називається абсолютною швидкістю руху. При кімнатній температуріу чистій Німеччині w e 0 = 0,36 м 2 /(В?с).
З двох останніх рівнянь отримуємо:
Повторивши аналогічні міркування для діркової провідності, можемо записати:
Тоді для повної щільності струму:
Порівнюючи вираз для iз законом Ома i = κ Е",при S = 1 м 2 отримаємо:
Як зазначено вище, у напівпровідника з власною провідністю n i = p i , отже
w p 0 завжди нижче w e 0 , наприклад, у Німеччині w p 0 = 0, 18 м 2 /(В?с), а w e 0 = 0,36 м 2 /(В?с).
Таким чином, питома електрична провідність напівпровідника залежить від концентрації носіїв та їх абсолютних швидкостей та адитивно складається з двох членів:
κ i = κ e + κ p
Закон Ома для напівпровідників виконується лише тому випадку, якщо концентрація носіїв n i залежить від напруженості поля. При високих напруженнях поля, які називаються критичними (для германію E кр ' = 9∙10 4 В/м, для кремнію E кр '= 2,5∙10 4 В/м), закон Ома порушується, що пов'язано із зміною енергії електрона в атомі та зниженням енергії переведення в зону провідності, а також з можливістю іонізації атомів решітки. Обидва ефекти викликають збільшення концентрації носіїв заряду.
Електрична провідність при високих напруженнях поля виражається емпіричним законом.
ln κ = ln κ 0 + α (E' – E кр ')
де κ 0 - питома провідність при Е' = Е кр ' .
При підвищенні температури в напівпровіднику відбувається інтенсивна генерація носіїв заряду, причому їхня концентрація збільшується швидше, ніж зменшується абсолютна швидкість руху електронів через тепловий рух. Тому, на відміну
від металів, електрична провідність напівпровідників з підвищенням температури зростає. У першому наближенні для невеликого інтервалу температури залежність питомої провідності напівпровідника від температури може бути виражена рівнянням
де k- постійна Больцмана; А- Енергія активації (енергія, необхідна для переведення електрона в зону провідності).
Поблизу абсолютного нуля всі напівпровідники є добрими ізоляторами. З підвищенням температури на градус їхня провідність збільшується в середньому на 3 - 7%.
При введенні до чистого напівпровідника домішок до власної електричної провідності додається домішкова електрична провідність.Якщо, наприклад, до германію вводити елементи V групи періодичної системи(Р, As, Sb), то останні утворюють грати з германієм за участю чотирьох електронів, а п'ятий електрон, у зв'язку з малою енергією іонізації атомів домішки (близько 1,6 10 -21), переходить від атома домішки до зони провідності. У такому напівпровіднику переважатиме електронна провідність (напівпровідник називається електронним напівпровідником п-типу].Якщо атоми домішки мають більшу спорідненість до електрона, ніж германій, наприклад елементи IIIгрупи (In, Ga, В, А1), то вони забирають електрони від атомів германію і у валентній зоні утворюються дірки. У таких напівпровідниках переважає діркова провідність (напівпровідник р-типу].Атоми домішок, які забезпечують електронну провідність, є донорамиелектронів, а дірочну - акцепторами).
Домішні напівпровідники мають більш високу електричну провідність, ніж напівпровідники з власною провідністю, якщо концентрація атомів донорної N Д або акцепторної N А домішки перевищує концентрацію власних носіїв заряду. При високих значеннях N Д і N A можна знехтувати концентрацією своїх носіїв. Носії заряду, концентрація яких переважає у напівпровіднику, називаються основними.Наприклад, у германії n-типу n n ≈ 10 22 м –3 , тоді як n i ≈ 10 19 м~ 3 , тобто концентрація основних носіїв у 10 3 разів перевищує концентрацію власних носіїв.
Для домішкових напівпровідників справедливі співвідношення:
n n p n = n i p i = n i 2 = p i 2
n p p p = n i p i = n i 2 = p i 2
Перше із цих рівнянь записано для напівпровідника n-типу, а друге - для напівпровідника р-типу. З цих співвідношень випливає, що дуже невелика кількість домішки (близько 10 –4 0 /о) значно збільшує концентрацію носіїв заряду, внаслідок чого провідність зростає.
Якщо знехтувати концентрацією власних носіїв і вважати N Д ≈n n для напівпровідника n-типу та N A ≈ р р для напівпровідника р-типу, то питома електрична провідність домішкового напівпровідника може бути виражена рівняннями:
При накладенні електричного поля в напівпровідниках n-типу перенесення заряду здійснюється електронами, а напівпровідниках р-типу - дірками.
При зовнішніх впливах, наприклад, при опроміненні, концентрація носіїв заряду змінюється і може бути різною в різних частинах напівпровідника. В цьому випадку, як і в розчинах, напівпровіднику протікають процеси дифузії. Закономірності процесів дифузії підпорядковуються рівнянням Фіка. Коефіцієнти дифузії носіїв заряду значно вищі, ніж іонів у розчині. Наприклад, у германію коефіцієнт дифузії електронів дорівнює 98 10 -4 м 2 /с, дірок - 47 10 -4 м 2 / с. Типовими напівпровідниками, крім германію та кремнію, при кімнатній температурі є ряд оксидів, сульфідів, селенідів, телуридів і т. д. (наприклад, CdSe, GaP, ZnO, CdS, SnO 2 , In 2 O 3 , InSb).
ІОННА ПРОВІДНІСТЬ
Іонну провідність мають гази, деякі тверді з'єднання(іонні кристали та скла), розплавлені індивідуальні солі та розчини сполук у воді, неводних розчинниках та розплавах. Значення питомої провідності провідників другого роду різних класів коливаються у дуже широких межах:
| Речовина | c∙10 3 , Див/м | Речовина | c∙10 3 , Див/м |
| Н 2 Про | 0.0044 | NaOH 10% розчин 30% » | |
| З 2 H 5 OH | 0.0064 | КОН, 29% розчин | |
| 3 H 7 OH | 0.0009 | NaCl 10% розчин 25% » | |
| СН 3 ВІН | 0.0223 | FeSO 4 , 7% розчин | |
| Ацетонітрил | 0.7 | NiSO 4 , 19% розчин | |
| N,N-Диметилацетамід | 0.008-0.02 | CuSO 4 , 15% розчин | |
| СН 3 СOOH | 0.0011 | ZnС1 2 , 40% розчин | |
| H 2 SO 4 концентрована 10% розчинність 40% » | NaCl (розплав, 850 ° С) | ||
| НС1 40% розчин 10% » | NaNO 3 (розплав 500 ° С) | ||
| HNO 3 концентрована 12% розчин | MgCl 2 (розплав, 1013 ° С) | ||
| А1С1 3 (розплав, 245 ° С) | 0.11 | ||
| АlI 3 (розплав, 270 ° С) | 0.74 | ||
| AgCl (розплав, 800 ° С) | |||
| AgI (твердий) |
Примітка: Значення питомої провідності розчинів наведено при 18 °С.
Однак у всіх випадках наведені значення κ на кілька порядків нижче значень κ металів (наприклад, питома провідність срібла, міді та свинцю дорівнює відповідно 0,67∙10 8 , 0,645∙10 8 та 0,056∙10 8 См/м).
У провідниках другого роду у перенесенні електрики можуть брати участь усі сорти частинок, що мають електричний заряд. Якщо струм переносять як катіони, так і аніони, то електроліти мають біполярною провідністю.Якщо ж струм переносить лише один якийсь сорт іонів – катіони чи аніони, – то спостерігається уніполярна катіонна або аніонна провідність.
У разі біполярної провідності іони, що рухаються швидше, переносять більшу частку струму, ніж іони, що рухаються повільніше. Частка струму, що переноситься цим сортом частинок, називається числом перенесенняцього сорту частинок (t i). При уніполярній провідності число перенесення того сорту іонів, які переносять струм, дорівнює одиниці, тому що весь струм переноситься цим сортом іонів. Але при біполярній провідності число перенесення кожного сорту іонів менше одиниці, а
причому під числом перенесення потрібно розуміти абсолютне значення частки струму, що припадає на даний сорт іонів без урахування того, що катіони та аніони переносять електричний струм у різних напрямках.
Число перенесення якогось одного сорту частинок (іонів) при біполярній провідності не є постійною величиною, що характеризує тільки природу даного сорту іонів, а залежить і від природи частинок-партнерів. Наприклад, число перенесення іонів хлору у розчині соляної кислотименше, ніж у розчині КС1 тієї ж концентрації, оскільки іони водню рухливіші, ніж іони калію. Методи визначення чисел переносу різноманітні, та його принципи викладено у відповідних лабораторних практикумах з теоретичної електрохімії.
Перш ніж перейти до розгляду електричної провідності конкретних класів речовин, зупинимося на одному спільному питанні. Будь-яке тіло рухається в постійному полі сил, що діють на нього, з прискоренням. Тим часом іони у всіх класах електролітів, крім газів, рухаються під впливом електричного поля даної напруженості з постійною швидкістю. Для пояснення цього уявімо сили, що діють на іон. Якщо маса іона m та швидкість його руху w,то ньютонова сила mdw/dtдорівнюватиме різниці сили електричного поля (М), що рухає іон, і реактивної сили (L'), що гальмує його рух, бо іон рухається у в'язкому середовищі. Реактивна сила тим більша, чим більша швидкість руху іона, тобто L' = L w(тут L- Коефіцієнт пропорційності). Таким чином
Після поділу змінних маємо:
Позначивши М – L w = v, отримаємо d w= - d v/L і
або 
Константу інтегрування визначаємо з граничної умови: при t = 0 w = 0, тобто . відлік часу починаємо з початку руху іона (моменту включення струму). Тоді:
Підставивши замість постійного її значення, отримаємо остаточно.
Електропровідність води – дуже важлива для кожного з нас якість води.
Кожна людина повинна знати, що вода, як правило, має електропровідність. Незнання цього факту може призвести до згубних наслідків для життя та здоров'я.
Дамо кілька визначень поняттю електропровідність, загалом, та електропровідності води зокрема.
Електропровідність, це …
Скалярна величина, що характеризує електропровідність речовини та дорівнює відношенню щільності електричного струму провідності до напруженості електричного поля.
Властивість речовини проводити електричний струм, що незмінюється в часі, під дією незмінного в часі електричного поля.
Тлумачний словник Ушакова
Електропровідність (електропровідність, мн. ні, жен. (фіз.)) - здатність проводити, пропускати електрику.
Тлумачний словникУшакова. Д.М. Ушаків. 1935-1940
Велика політехнічна енциклопедія
Електропровідність або Електрична провідність - властивість речовини проводити під дією електричного поля, що не змінюється, незмінний в часі електричний струм. Е. п. обумовлена наявністю в речовині рухомих електричних зарядів- Носіїв струму. Видом носія струму визначається електронна (у металів та напівпровідників), іонна (у електролітів), електронно-іонна (у плазми) та дірочна (спільно з електронною) (у напівпровідників). Залежно від питомої електричної провідності всі тіла поділяють на провідники, напівпровідники та діелектрики, фіз. величина, обернена до електричного опору. У СІ одиницею електричної провідності є сименс (див.); 1 див = 1 Ом-1.
Велика політехнічна енциклопедія - М.: Світ та освіта. Рязанцев В. Д.. 2011
Електропровідність води, це …
Політехнічний термінологічний тлумачний словник
Електропровідність води – це показник провідності водою електричного струму, що характеризує вміст солей у воді.
Політехнічний термінологічний тлумачний словник. Упорядкування: В. Бутаков, І. Фаградянц. 2014
Морський енциклопедичний довідник
Електропровідність морської води — здатність морської води проводити струм під впливом зовнішнього електричного поля завдяки наявності у ній носіїв електричних зарядів - іонів розчинених солей, переважно NaCl. Електропровідність морської води збільшується пропорційно до підвищення її солоності і в 100 - 1000 разів більше, ніж у річкової води. Залежить також температури води.
Морський енциклопедичний довідник - Л.: Суднобудування. За редакцією академіка Н. Н. Ісаніна. 1986
З наведених вище визначень стає очевидним, що величина електропровідності води не є константою, а залежить від наявності у ній солей та інших домішок. Так, наприклад, електропровідність дистильованої води мінімальна.
Як же дізнатися електропровідність води, як її виміряти.
Кондуктометрія - вимірювання електропровідності води
Для вимірювання електропровідності води використовується метод Кондуктометрія (дивіться визначення нижче), а прилади, за допомогою яких вимірюють електропровідність, мають співзвучну методу назву – Кондуктометри.
Кондуктометрія, це …
Тлумачний словник іншомовних слів
Кондуктометрія та, мн. ні, ж. (нім. Konduktometrie< лат. conductor проводник + греч. metreō мерю), тех., хим. — один из видов химического количественного анализа, основанный на измерении электропроводности исследуемого раствора при постепенном добавлении к нему исследуемого реагента.
Тлумачний словник іноземних слівЛ. П. Крисіна.- М: Російська мова, 1998
Енциклопедичний словник
Кондуктометрія (від англ. conductivity - електропровідність та грецьк. metroo - вимірюю) - електрохімічний метод аналізу, заснований на вимірі електричної провідності розчинів. Застосовують визначення концентрації розчинів солей, кислот, основ, контролю складу деяких промислових розчинів.
Енциклопедичний словник. 2009
Питома електропровідність води
І на завершення наведемо кілька значень питомої електропровідності до різних видів вод*.
Питома електропровідність води, це …
Довідник технічного перекладача
Питома електропровідність води – електропровідність одиниці об'єму води.
[ГОСТ 30813-2002]
Питома електропровідність води*:
- Водопровідна вода – 36,30 мкСМ/м;
- Дистильована вода – 0,63 мкСМ/м;
- Питна (бутильована) – 20,2 мкСМ/м;
- Питна виморожена – 19,3 мкСМ/м;
- Водопровідна виморожена – 22 мкСМ/м.
* Стаття «Електропровідність зразків питної водирізного ступеня чистоти» Автори: Воробйова Людмила Борисівна. Журнал: «Інтерекспо Гео-Сибір Випуск №-5/том 1/2012».