Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

Рис. 1. Электроны в проводнике: а — «свободные» электроны образуют в металле электронный газ, б — под действием электрического поля элек­троны двигаются к положительному полюсу — течет ток.

Рис. 2. В изоляторе нет электронного газа. Все электроны связаны в атомах, и электрическое поле не может создать ток.

наружные, так называемые валентные элект­роны атомов (те самые, что создают химические связи) ведут себя в проводниках иначе, чем в изоляторах.

В металле валентные электроны не удержи­ваются у атомов, соскакивают с них и свободно блуждают, образуя внутри металла своеобраз­ный электронный газ. Правда, частицы этого газа — электроны — не могут уйти из металла. Общее притяжение положительно заряженных ядер надежно удерживает электронный газ внутри металлического предмета. Можно счи­тать, что валентные электроны там обобществле­ны: принадлежат сразу всем атомам вместе, а не каждому из них в отдельности.

Стоит прижать металлическую проволочку к полюсам электрической батареи, как частички электронного газа подхватываются электри­ческим полем и устремляются к положительно­му полюсу. По металлу начинает течь электри­ческий ток (рис. 1).

Из школьных опытов читатель, вероятно, помнит, что при нагревании проводника его электропроводность падает. Спираль электри­ческой плитки сразу после включения в сеть обладает значительно меньшим сопротивлением, чем когда докрасна раскалится. Как это можно объяснить?

Электронный поток в металле пробивается через кристаллическую решетку атомов, ли­шенных внешних электронов. Но ведь атомы не стоят неподвижно. Чем выше температура, тем сильнее колеблется решетка. И электрон­ному потоку все труднее пробиваться сквозь нее, ибо раскачивающиеся из стороны в сторо­ну атомы сбивают электроны с пути.

В фарфоре, как и в любом другом изоляторе, дело обстоит иначе. Электронного газа там нет, атомы крепко удерживают свои внешние элект­роны (рис. 2). В изоляторе нечему переносить ток. Правда, если очень сильно разогреть изолятор, его иногда все же можно сделать электро­проводным: при интенсивном тепловом дви­жении атомы начнут терять валентные элект­роны, которые и станут носителями тока. На этом принципе, кстати сказать, устроены «гра­дусники», измеряющие очень высокую темпе­ратуру (выше тысячи градусов).

ЭЛЕКТРОНЫ В ПОЛУПРОВОДНИКЕ

Полупроводники занимают промежуточное положение между проводниками и изоляторами. При низкой температуре большинство внешних электронов в полупроводнике «сидит» в атомах на своих местах. Но связаны они с атомами слабее, чем в изоляторе. Участвуя в тепловом движении, атомы раскачиваются и теряют наружные электроны. При нагревании полу­проводника в нем увеличивается количество электронного газа, т. е. свободных электронов, способных переносить электрический ток.

Значит, полупроводник при нагревании не уменьшает, как металл, а, наоборот, увеличи­вает свою электропроводность (рис. 3). В этом заключается важный физический признак лю­бого полупроводникового материала.

Характерна и другая особенность. Оказы­вается, в полупроводнике переносят ток не только оторвавшиеся от атомов электроны, но и электроны, которые сравнительно слабо свя-

247