Электрический ток: Определяется как количество квантов электронного и позитронного полей, проходящих через поперечное сечение проводника за единицу времени. Эти кванты полей, взаимодействуя, формируют электрическое поле.
Важное уточнение: Позитроны (в составе протонов) и электроны в нейтронах и электронных мюонах неподвижны. Перенос тока осуществляется посредством квантов электронного и позитронного полей.
Общий принцип: Проводимость материала определяется способностью квантов электронного и позитронного полей перемещаться в нем под воздействием внешнего электрического поля (5-й уровень ПЭМ - поля). Эта способность зависит от расстояния между ядрами атомов в кристаллической решетке (2-й и 3-й уровни ПЭМ) и температуры. Как уже было сказано ранее (аналогия с рекой), электроны обеспечивают среду для движения энергии, переносимой электромагнитным полем, а структура кристаллической решетки определяет "русло реки", влияя на эффективность процесса (3-й уровень ПЭМ).
Для лучшего понимания проводимости (переходя к 3 уровню ПЭМ - макроскопическим телам) можно представить реку, в которой перемещается лодка. Лодка (энергия) движется по реке (проводнику) благодаря воздействию внешних сил (разности потенциалов, создаваемой генератором), а не потому, что каждая молекула воды (электрон) толкает ее вперед. Электроны, в данном случае, подобны молекулам воды – они обеспечивают среду для движения энергии. Важно отметить, что структура "русла реки" (кристаллическая решетка проводника) также влияет на эффективность этого процесса.
Роль генератора (в контексте 5 уровня ПЭМ - поля):
Электромагнитное поле, необходимое для передачи энергии, инициируется генераторами на электростанции. Генераторы создают разность потенциалов (напряжение) и поддерживают поток заряженных частиц (ток) в цепи (проявление 5 уровня - фундаментальных полей). Переменные ток и напряжение, в свою очередь, формируют электромагнитное поле, распространяющееся вдоль линии передачи. Максимальная плотность потока энергии электромагнитного поля находится вблизи проводника, но поле распространяется как в проводнике, так и в окружающем его пространстве.
Проводники, полупроводники, изоляторы в контексте ПЭМ (в контексте 2 и 3 уровней ПЭМ):
В рамках ПЭМ, способность материала проводить электрический ток (быть проводником, полупроводником или изолятором) определяется структурой его атомных ядер (2 уровень) и характером взаимодействия электронов внутри этих ядер с электромагнитным полем, а также организацией этих атомов в макроскопическом теле (3 уровень):
Передача электроэнергии – это сложный процесс, в котором ключевую роль играет электромагнитное поле. Электроны, хотя и необходимы для этого процесса, не являются непосредственными переносчиками энергии. Понимание роли электромагнитного поля и структуры материалов позволяет глубже понять принципы передачи и распределения электроэнергии. Рассмотрение задачи в рамках ПЭМ дает альтернативный взгляд на взаимодействие электронов и поля, подчеркивая взаимосвязь между структурой материи и ее электрическими свойствами на разных уровнях организации. При этом, данная интерпретация особенно важна при анализе на атомном, молекулярном и полевом уровнях организации материи в ПЭМ. Необходимо учитывать, что квантовая теория поля, лежащая в основе ПЭМ, является активно развивающейся областью, и наши представления о передаче энергии на микроскопическом уровне могут быть скорректированы в будущем.
Общий принцип: Проводимость материала определяется способностью квантов электронного и позитронного полей перемещаться в нем под воздействием внешнего электрического поля. Эта способность зависит от расстояния между ядрами атомов в кристаллической решетке и температуры.
Расстояние между ядрами: Определяет напряженность полей между ядрами. Существует минимальная величина напряженности полей, когда поле от одного ядра не сможет "перетечь" к другому. В изоляторах это расстояние слишком велико.
Температура: Увеличивает "радиус" полей, что может влиять на их взаимодействие и, следовательно, на проводимость. С ростом температуры также усиливаются вибрации ядер, что может ослаблять связи в решетке, приводя к плавлению и испарению.
Проводник: В проводниках структура ядер такова, что взаимодействие электронов с внешним полем эффективно и позволяет поддерживать сильное электромагнитное поле, обеспечивающее передачу энергии. Это аналогично полноводной реке, способной нести большой поток лодок.
Проводник: В проводниках структура ядер такова, что взаимодействие электронов с внешним полем эффективно и позволяет поддерживать сильное электромагнитное поле, обеспечивающее передачу энергии. Это аналогично полноводной реке, способной нести большой поток лодок.
Проводник — вещество, среда, материал, хорошо проводящие электрический ток.
Проводники делятся на:
первого рода (газ, вакуум) — проводники с электронной проводимостью;
второго рода — проводники с ионной проводимостью (электролиты);
третьего рода — проводники с проводимостью положительного и отрицательного полей.
Пример: Медь .
Структура решетки: Кубическая гранецентрированная
Параметры решетки: a = 3,615 Å
Атомная масса: 63,546(3) а. е. м.
Особенности: Оптимальное расстояние между ядрами для эффективного перемещения квантов полей.
В электродинамике, электротехнике и радиотехнике:
Изолятор — материал, практически не проводящий электрический ток
Электроизоляционный материал — диэлектрик, специально предназначенный для отделения одного проводника от другого
В изоляторе ядра находятся слишком удаленно, в результате чего поля электронов и позитронов не могут перемещаться от одного атома к другому. В изоляторах взаимодействие электронов с внешним полем очень слабое. Ядра практически не поддерживают электромагнитное поле, и передача энергии становится невозможной. Это как пересохшее русло реки, по которому невозможно переправить лодки.
Пример: Сера
Структура решетки: Орторомбическая
Параметры решетки: a = 10,437 Å, b = 12,845 Å, c = 24,369 Å
Особенности: Ядра находятся слишком далеко друг от друга, что препятствует перемещению полей электронов и позитронов от одного атома к другому.
Полупроводник: В полупроводниках взаимодействие электронов с полем менее эффективно, чем в проводниках. Проводимость может изменяться под воздействием внешних факторов (температуры, освещения, примесей). Это можно представить как реку, которая может временно пересыхать. Полупроводник — материал, по удельной проводимости занимающий промежуточное место между проводниками и диэлектриками, и отличающийся от проводников (металлов) сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством полупроводников является увеличение электрической проводимости с ростом температуры
Полупроводниками являются кристаллические вещества, ширина запрещённой зоны которых составляет порядка электрон-вольта (эВ).
Определение: Материал, занимающий промежуточное положение по удельной проводимости между проводниками и диэлектриками, с сильной зависимостью проводимости от концентрации примесей, температуры и излучения.
Пример: Алмаз (широкозонный)
Структура решетки: Кубическая сингония (гранецентрированная решётка)
Параметры ячейки: a = 3,57 Å
Особенности: Ширина запрещённой зоны определяет проводимость. Влияние примесей на магнитное поле также играет важную роль.