ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ электрическая
проводимость, проводимость, способность тела пропускать электрический
ток под воздействием электрич. поля, а также физ. величина, количественно
характеризующая эту способность. Тела, проводящие электрич. ток, наз. проводниками,
в отличие от изоляторов (диэлектриков). Проводники всегда содержат
свободные (или квазисвободные) носители заряда - электроны, ионы, направленное
(упорядоченное) движение к-рых и есть электрич. ток. Э. большинства проводников
(металлов,
полупроводников, плазмы) обусловлена электронами (в плазме небольшой
вклад в Э. вносят также ионы). Ионная Э. свойственна электролитам.

Сила электрич. тока I зависит от приложенной
к проводнику разности потенциалов V, к-рая определяет напряжённость электрич.
поля Е внутри проводника. Для изотропного проводника пост, сечения
? = - V/L, где L - длина проводника. Плотность тока i зависит
от значения Е в данной точке и в изотропных проводниках совпадает
с ним по направлению. Эта зависимость выражается Ома законом: j = oЕ;
постоянный
(не зависящий от Е) коэфф. о и наз. Э., или удельной Э. Величина,
обратная о, наз. удельным электрическим сопротивлением: р = 1/o.
Для проводников разной природы значения о (и р) существенно различны (см.
рис.). В общем случае зависимость j от Е нелинейна, и а
зависит
от Е; тогда вводят дифференциальную Э. o = dj/dE. Э. измеряют
в единицах (ом * см)^-1или (в СИ) в (ом -л)-¹.

В анизотропных средах, напр, в монокристаллах,
а
- тензор второго ранга, и Э. для разных направлений в кристалле может
быть различной, что приводит к неколлинеарности Е
и о.

В зависимости от величины Э. все вещества
делятся на проводники с o > 10⁶ (ом * м)^-1,
диэлектрики
с o < 10-⁸(ом * м)-¹ и полупроводники с промежуточными
значениями а. Это деление в значит, мере условно, т. к .Э. меняется в широких
пределах при изменении состояния вещества. Э. а зависит от темп-ры, структуры
вещества (агрегатного состояния, дефектов и пр.) и от внешних воздействий
(магнитного поля, облучения, сильного электрич. поля и т. п.).

Мерой "свободы" носителей заряда в проводнике
служит отношение ср. времени свободного пробега (т) к характерному времени
столкновения t>1; чем больше это отношение,
тем с большей точностью можно считать частицы свободными. Методы молекулярно-кине-тич.
теории газов позволяют выразить 0 через концентрацию (п) свободных
носителей заряда, их заряд (е)
и массу (т) и время свободного
пробега:

где м - подвижность частицы, равная
Е/v= ет/т, vср. скорость направленного движения. Если
ток обусловлен заряженными частицами разного сорта " i ", то

Подвижность электронов (вследствие их малой
массы) настолько больше ионной, что ионная Э. существенна только в случае,
когда свободные электроны практически отсутствуют. Перенос массы под воздействием
тока, напротив, связан с движением ионов.

Характер зависимости Э. от темп-ры Т
различен
у разных веществ. У металлов зависимость o ( T ) определяется в основном
уменьшением времени свободного пробега электронов с ростом Т: увеличение
темп-ры приводит к возрастанию тепловых колебаний кристаллич. решётки,
на к-рых рассеиваются электроны, и а уменьшается (на квантовом языке говорят
о столкновении электронов с фононами). При достаточно высоких темп-рах,
превышающих Дебая температуру во, Э. металлов обратно пропорциональна
темп-ре: о 1/Т; при Т "О Т^-5, однако
ограничена остаточным сопротивлением (см.
Металлы).
В полупроводниках
а резко возрастает при повышении темп-ры за счёт увеличения числа электронов
проводимости и положит, носителей заряда -
дырок (см.
Полупроводники).
Диэлектрики
имеют заметную Э. лишь при очень высоких электрич. напряжениях; при век-ром
(большом) значении
Е происходит
пробой диэлектриков.

Нек-рые металлы, сплавы и полупроводники
при понижении Т до неск. градусов К переходят в сверхпроводящее
состояние с o = бесконечность (см. Сверхпроводимость). При плавлении
металлов их Э. в жидком состоянии остаётся того же порядка, что и в твёрдом.

Об Э. жидкостей см. Электролиты, Фарадея
законы.

Прохождение тока через частично или полностью
ионизованные газы (плазму) обладает своей спецификой (см.
Электрический
разряд в газах. Плазма). Напр., в полностью ионизованной плазме Э.
не зависит от плотности и возрастает с ростом темп-ры пропорционально
Т
³/достигая
Э. хороших металлов.

Отклонение от закона Ома в пост, поле Е
наступает,
если с ростом Е энергия, приобретаемая частицей между столкновениями,
еЕ1,
где
l - ср. длина свободного пробега, становится порядка или больше
kT (k
- Больцмана постоянная). В металлах условию
eEl >>kT удовлетворить
трудно, а в полупроводниках, электролитах и особенно в плазме явления в
сильных электрич. полях весьма существенны.

В переменном электромагнитном поле а
зависит
от частоты (ш) и от длины волны (X) поля (временная и пространств, дисперсия,
проявляющиеся при ш > т-¹, Л < l). Характерным свойством
хороших проводников является скин-эффект (даже при ш << т-¹
ток сконцентрирован вблизи поверхности проводника).

Измерение Э.- один из важных методов исследования
материалов, в частности для металлов и полупроводников - их чистоты. Кроме
того, измерение Э. позволяет выяснить динамику носителей заряда в макроскопич.
теле, характер их взаимодействия (столкновений) друг с другом и с др. объектами
в теле.

Э. металлов и полупроводников существенно
зависит от величины магнитного поля, особенно при низких темп-рах (см.
Гальваномагнитные
явления).

М. И. Каганов.