Vezető

Villamos áram

Az elektronok és az ionok villamos töltéssel bírnak, ha elmozdulnak, villamos töltéseket mozgatnak, ezért töltéshordozónak nevezik őket. A töltéshordozók rendezett, azonos irányú mozgása, vándorlása a villamos áram.

Vezetők, szigetelők

Jó villamos vezetők azok az anyagok, amelyekben a töltéshordozók könnyen tudnak vándorolni. A jó szigetelőkben a töltéshordozók nem (vagy alig) képesek elmozdulni.

Villamos áram fémekben

A fémek kristályos szerkezetűek. Ez azt jelenti, hogy az atomok nem rendezetlenül helyezkednek el az anyag belsejében, hanem egy (az adott fémre jellemző) „rácsszerkezetet” alkotnak. Az atomok a rácsszerkezetben elfoglalt helyük körül hőmozgást végeznek, eközben a külső elektronhéjról elektronok szakadhatnak le. Így az atom pozitív ionná válik, a leszakadt, ún. szabad elektronok pedig az atomok közötti térben maguk is rendezetlen hőmozgást végeznek. Ha ezekre a szabad elektronokra valamilyen irányú erő hat, akkor az erő hatására egyirányú gyorsulásba kezdenek. Az útjukba eső atomokba ütközve, mozgási energiájuk csökken, majd a következő ütközésig ismét gyorsulnak. A fémekben a szabad elektronok egyirányú áramlása jelenti a villamos áramot. (Az ilyen vezetőket elsőrendű vezetőnek nevezik.) A fémek jó vezetők. Az elektronok egyirányú mozgásának átlagsebessége csak kb. 0,1mm/s, viszont az áramlás a fém egész hosszában szinte egyidejűleg indul meg, ezért a villamos áram terjedési sebessége a fémben a fény sebességét közelíti. (A jelenséget úgy képzelhetjük el, mint ha egy cső teljes hosszában golyók sorakoznának. Ha a cső egyik végén egy golyót benyomunk, a golyók egymást egy-egy hellyel arrébb nyomják, ezért szinte ugyanabban a pillanatban kigördül a cső távoli végén egy golyó, noha egy-egy golyó a csőben csak alig mozdult el.)

Villamos áram folyadékokban

A tiszta (desztillált) víz jó szigetelő. Savat, sót vagy lúgot oldva azonban vezetővé válik. A vízben oldott sav, só, lúg ionjaira bomlik. Ha a pozitív és negatív ionokra ellentétes irányú erő hat, a villamos áramot azok ellentétes irányú mozgása jelenti. Az ilyen tulajdonságú vezetőket másodrendű vezetőnek nevezik.

Villamos áramlás gázokban

A gázokban - pl. a kozmikus sugárzás hatására – mindig vannak töltött részecskék. Ha ezekre erő hat, a pozitív és negatív töltésű részecskék ellentétes irányú mozgásba kezdenek. E pozitív és negatív töltésű részecskék vonzzák egymást, ezért egymással találkozva semleges részecskévé egyesülnek (rekombinálódnak), és a továbbiakban a villamos áramlásban nem vesznek részt. Így összességében elenyésző áram folyik.

A töltött részecskékre ható erőt növelve azonban azok sebessége megnő, így tehetetlenségüknél fogva a vonzóerő ellenére elhaladnak egymás mellett, a rekombinációk száma csökken, és az áram nő. A mozgató erőt tovább növelve e részecskék annyira felgyorsulhatnak, hogy egy semleges molekulába ütközve azt elektronokra és pozitív ionokra robbanthatják szét (ütközéses ionizáció). Az így létrejött pozitív és negatív ionok szintén nagy sebességgel ellentétes irányba haladnak, és újabb ütközések révén további ionokat hoznak létre, emiatt a gázban a villamos áram megnövekszik.