كل واحد منا محاط بعدد كبير من الأجهزة المتنوعة والأنظمة الكاملة القائمة عليها ، والتي في سياق عملها بطريقة أو بأخرى تستهلك التيار الكهربائي. تم تقديم مفهوم التيار الكهربائي من أجل إعطاء وصف لعملية مسارها الوضوح ، والذي تم تحقيقه من خلال التكوين الهادف للتشابه المباشر مع الديناميكا المائية من خلال تدفق السائل.
مع تراكم المعرفة حول الكهرباء ، تبين أن تدفق التيار الكهربائي هو في المقام الأول حركة مجال كهرومغناطيسي على طول وسط موصل يحدث بسرعات لا تختلف كثيرًا عن السرعة سفيتا. في هذه الحالة ، يتحرك الحقل من نقطة ذات إمكانات أعلى في اتجاه نقطة ذات إمكانات أقل ، أي وفقًا للمخطط الكلاسيكي من زائد إلى ناقص.
حركة حاملات الشحنة المناسبة ، التي ترافق هذه العملية ، تحدث أيضًا ، ولكن بسرعة أقل بشكل ملحوظ. يحدث في اتجاهات مختلفة في مواد مختلفة.
أنواع مختلفة من ناقلات الشحن
من المعروف أن ناقلات الشحنة مقسمة إلى موجبة وسالبة. تمتلك الإلكترونات والأيونات الشحنات السالبة ، وتسود الأيونات بين ناقلات الشحنة الموجبة. تتحرك الشحنات السالبة نحو إمكانات أعلى ، بينما تتحرك الشحنات الإيجابية نحو إمكانات أقل. وفي كلتا الحالتين ، ينشأ تيار كهربائي في البيئة.
يظهر غموض كلاسيكي يزول بالاتفاق التقليدي. على مستوى الافتراضات ، يُفترض أن التيار يتدفق دائمًا من زائد إلى ناقص ، بغض النظر عن نوع الرسوم.
حركة الشحنات في المعادن
معظم المعادن في درجات حرارة مهمة عمليًا لتكنولوجيا الاتصالات السلكية واللاسلكية تكون في حالة صلبة ولا تحتوي على أيونات.
نتيجة لذلك ، يتم تحديد التيار في المواد الموصلة الصلبة بواسطة نوع الموصلية الإلكترونية ، أي الإلكترونات الحرة (الشكل 1) ، والتي تأخذ على عاتقها وظائف ناقلات الشحن ، في عملية التدفق الحالي ، تتحرك في الاتجاه المعاكس لاتجاه التدفق الحالي ، الصورة 2.
يتمزق الإلكترونات الموجودة في المعادن بسهولة بواسطة مجال كهربائي من مداراتها ، حيث تدور حول الذرات في حالة عدم وجود فرق جهد. وهكذا ، مع وجود فرق جهد ضئيل ، يتم تكوين عدد كبير من حاملات الشحنة ، أي المعادن لها مقاومة كهربائية منخفضة نسبيًا.
حركة الشحنات في أشباه الموصلات
تعتبر أشباه الموصلات أدنى بشكل ملحوظ من المعادن في الموصلية عند درجة حرارة الغرفة. تنقسم المواد التي تنتمي إلى هذه المجموعة إلى أشباه الموصلات من النوع n والنوع p. تحتوي أشباه الموصلات من النوع n في الحالة العادية على فائض من الإلكترونات ، في الانتقال إلى تجليات النوع p نفسها نقص الإلكترونات ، لكن البقية تنتقل بسهولة نسبية من موضع واحد مسموح به في الذرات إلى آخر. هذا الأخير يعادل حركة الشحنات الموجبة.
تتمثل إحدى سمات أشباه الموصلات في أن موصليةها تزداد بشكل حاد مع ارتفاع درجة الحرارة: نظرًا لضعف الرابطة مع الذرات ، كلما ارتفعت ، يتغير عدد الإلكترونات غير المرتبطة بشكل كبير.
وبالتالي ، يمكن أن يتزامن اتجاه حركة الشحنات في أشباه الموصلات مع اتجاه تدفق التيار (النوع p) ، ويكون معاكسًا له (النوع n).
حركة الشحنات في السوائل والغازات
من سمات السوائل والغازات أن الأيونات عبارة عن ناقلات شحنة فيها. يمكن أن تكون موجبة (كاتيونات) أو سالبة (الأنيونات) ، الشكل 3. وفقًا لذلك ، عندما تسود الكاتيونات السالبة ، فإنها تتحرك "عكس التيار" ، بينما تتحرك الكاتيونات الموجبة "على طول التيار".