Что такое электрический ток
Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. В металлах и растворах это электроны или ионы. В вакууме могут быть электроны или ионы тоже. Чтобы ток потёк, нужны: (1) свободные носители заряда и (2) электрическое поле (разность потенциалов), которое их разгоняет.
Почему металлы проводят ток
В кристаллической решётке металла атомы расположены правильными рядами. Каждый атом легко отдаёт один-два валентных электрона, которые «уходят» от своего атома и становятся свободными — они принадлежат всему кристаллу. Эти электроны постоянно движутся хаотично, а когда подаётся напряжение — их движение становится направленным. Текут миллиарды электронов → течёт ток.
Именно поэтому алюминиевая фольга проводит ток: алюминий — металл с тремя валентными электронами на атом, все три «свободны» в кристалле.
Почему пластик (и дерево, и стекло) не проводят ток
В полимерах (пластик, резина) и ионных кристаллах (стекло, керамика) электроны прочно связаны с конкретными атомами или ковалентными связями. Чтобы оторвать их, нужно очень сильное поле — намного сильнее, чем в розетке. При обычных напряжениях они не двигаются → тока нет → это диэлектрик (изолятор).
Полупроводники — среднее между двумя
Кремний и германий — полупроводники. При комнатной температуре у них есть небольшое количество свободных носителей: часть электронов получает достаточно тепловой энергии, чтобы вырваться. Проводимость слабая, но управляемая: добавляя примеси (легирование), инженеры регулируют проводимость в миллиарды раз — на этом основана вся электроника.
Почему металлы блестят — связь с проводимостью
Свободные электроны не только проводят ток, но и отражают свет. Когда световая волна попадает на металл, свободные электроны мгновенно реагируют на её электрическое поле и переизлучают свет обратно. Блеск металла и его проводимость имеют одну природу — свободные электроны.
