Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ (электрическая проводимость, проводимость) - способность вещества пропускать электрический ток под действием электрич. поля, а также физ. величина, количественно характеризующая эту способность. Э. обусловлена присутствием свободных носителей заряда в твёрдом теле, направленное движение к-рых и есть электрич. ток.

В однородных изотропных проводниках плотность электрического тока j в данной точке связана с напряжённостью электрич. поля в той же точке Ома законом постоянный коэф. пропорциональности а наз. Э. или уд. Э., или проводимостью. Единицей измерения Э. в СИ служит в физике чаще используется в системе СГСЭ и в Гаусса системе единиц Э. имеет размерность, обратную времени, и единицей Э. является

В анизотропных проводниках, напр, в монокристаллах, Э. для разных направлений может быть различной. Это приводит к неколлинеарности векторов и тензорной связи между ними:Э. в этом случае описывается тензором второго ранга s_ik. Тензор Э. удовлетворяет соотношениям Онсагера (см. Онсагера теорема)т. е. является симметричным [при наличии магн. поля эти соотношения принимают вид:т. е. симметричность тензора Э. нарушается].

Вблизи состояния термодинамич. равновесия гл. значения тензора Э.положительны, что является следствием закона возрастания энтропии (см. Второе начало термодинамики). В общем случае зависимость нелинейна, т. к.зависит от в этом случае вводят понятие диффе-ренц. Э. (в случае анизотропного проводника ). В сильно неравновесных условиях (сильное электрич. поле, интенсивное освещение) дифференц. Э. в нек-рой области электрич. полей может стать отрицательной (см. Отрицательное дифференциальное сопротивление). Теоретич. анализ показывает, что в нек-рых особых неравновесных ситуациях возможна отрицат. полная Э. (это означает, что векторы электрич. поля и плотности тока антипараллельны, т. е. ток течёт навстречу полю).

В случае диспергирующей среды связь между не имеет указанного выше простого вида, а носит нелокальный характер: значение плотности тока в данной точке в момент времени t определяется не одним лишь значением а значениями во всех точках проводника во все предшествующие t моменты времени и описывается интегральным соотношением. Если проводящая среда линейна (её свойства не зависят от напряжённости электрич. поля), стационарна (свойства не зависят явно от времени) и пространственно однородна, то существует простая связь между пространственно-временными фурье-образа-ми ф-ций

В таком случае говорят об Э., зависящей от частоты (временная дисперсия) и волнового вектора (пространственная дисперсия). Величина в общем случае комплексна, её действительная и мнимая части связаны дисперсионными соотношениями, аналогичными Крамерса- Кронига соотношениям. Э. связывается с корреляционными функциями токов Кубо формулами.

Э. связана с подвижностью носителей заряда ц соотношением где q- заряд носителя, п- концентрация носителей. В случае, когда Э. осуществляется неск. сортами носителей, характеризующимися зарядами по-движностями и концентрациями полная Э. равна сумме парциальных Э.:

Физ. механизм, величина и температурная зависимость Э. лежат в основе классификации твёрдых тел на диэлектрики, полупроводники и металлы. Диэлектрики в равновесном состоянии характеризуются отсутствием свободных электронов, Э. в них осуществляется посредством перескоков собств. или примесных ионов между соседними узлами кристаллич. решётки или междоузлиями и носит активац. характер, экспоненциально возрастая при повышении темп-ры по закону

где Е,- энергия активации Э.; коэф. ст _с зависит от темп-ры, но значительно слабее, чем экспоненц. множитель. Э. диэлектриков варьирует в диапазоне от 1(Г ¹⁸ до 10"⁸ Ом"¹ -см"¹ при комнатной темп-ре. В сильных элек-трич. полях Э. диэлектриков сильно возрастает.

В полупроводниках Э. осуществляется движением электронов проводимости и дырок (см. Зонная теория), подвижность к-рых на много порядков превышает подвижность ионов. В соответствии с этим Э. у полупроводников намного больше, чем у диэлектриков; она составляет при комнатной темп-ре 10~⁷-10³ Ом"¹ -см"¹ и сильно зависит от хим. состава и наличия примесей. Температурная зависимость Э. полупроводников определяется в осн. быстрым повышением концентрации электронов и дырок с ростом темп-ры, описываемым экспоненц. законом (2); подвижность при этом также меняется, но обычно значительно медленнее, по степенному закону. В неупорядоченных полупроводниках возможна также прыжковая проводимость. Э. полупроводников сильно зависит от внеш. воздействий (магн. поля, освещения, ионизирующего облучения, давления и др.).

Металлы характеризуются высокой (сравнимой с числом атомов в единице объёма) концентрацией носителей заряда, с чем связана их высокая Э. (10⁴-10⁶ Ом"¹ -см"¹ при комнатной темп-ре). Концентрация носителей в металлах отлична от нуля даже при абс. нуле, температурная зависимость Э. обусловлена изменением (увеличением) длины свободного пробега (и, следовательно, подвижности) носителей при понижении темп-ры. При низких темп-pax Э. многих металлов и сплавов становится бесконечной (см. Сверхпроводимость). Э. металла связана с его теплопроводностью Видемана-Франца законом. Величина Э. определяет глубину проникновения эл.-магн. поля в проводник (см. Скин-эффект )и время релаксации объёмного заряда.

Существует ряд явлений, родственных Э., в к-рых перенос носителей заряда осуществляется не электрич. полем, а градиентом темп-ры (см. Термоэлектрические явления), звуковыми волнами (см. Акустоэлектрический эффект), световым излучением (см. Увлечение электронов фотонами )и т. п. Э. жидкостей, газов и плазмы обладает рядом особенностей, отличающих её от Э. твёрдых тел (см. Электрические разряды в газах, Электрический пробой, Электролиз). Э. М. Эпштейн.