Большая Советская энциклопедия - электропроводность

I

Электропрово́дность

электрическая проводимость, проводимость, способность тела пропускать Электрический ток под воздействием электрического поля, а также физическая величина, количественно характеризующая эту способность. Тела, проводящие электрический ток, называются проводниками, в отличие от изоляторов (диэлектриков (См. Диэлектрики)). Проводники всегда содержат свободные (или квазисвободные) носители заряда — электроны, ионы, направленное (упорядоченное) движение которых и есть электрический ток. Э. большинства проводников (металлов (См. Металлы), полупроводников (См. Полупроводники), плазмы (См. Плазма)) обусловлена электронами (в плазме небольшой вклад в Э. вносят также ионы). Ионная Э. свойственна электролитам (См. Электролиты).

Сила электрического тока I зависит от приложенной к проводнику разности потенциалов V, которая определяет напряжённость электрического поля Е внутри проводника. Для изотропного проводника постоянного сечения Е = —V/L, где L — длина проводника. Плотность тока j зависит от значения Е в данной точке и в изотропных проводниках совпадает с ним по направлению. Эта зависимость выражается Ома законом: j = σЕ; постоянный (не зависящий от Е) коэффициент σ и называется Э., или удельной Э. Величина, обратная σ, называется удельным электрическим сопротивлением (См. Электрическое сопротивление): ρ = 1/σ. Для проводников разной природы значения σ (и ρ) существенно различны (см. рис.). В общем случае зависимость j от Е нелинейна, и σ зависит от Е; тогда вводят дифференциальную Э. σ = dj/dE. Э. измеряют в единицах (ом·см)^-1 или (в СИ) в (ом·м)^-1.

В анизотропных средах, например в монокристаллах, σ — Тензор второго ранга, и Э. для разных направлений в кристалле может быть различной, что приводит к неколлинеарности Е и j.

В зависимости от величины Э. все вещества делятся на проводники с σ > 10⁶ (ом·м)^—1, диэлектрики с σ < 10^—8(ом·м)^—1 и полупроводники с промежуточными значениями σ. Это деление в значит. мере условно, т. к. Э. меняется в широких пределах при изменении состояния вещества. Э. σ зависит от температуры, структуры вещества (агрегатного состояния, дефектов и пр.) и от внешних воздействий (магнитного поля, облучения, сильного электрического поля и т. п.).

Мерой «свободы» носителей заряда в проводнике служит отношение ср. времени свободного пробега (τ) к характерному времени столкновения tcт: τ/tcт >> 1; чем больше это отношение, тем с большей точностью можно считать частицы свободными. Методы молекулярно-кинетической теории газов позволяют выразить σ через концентрацию (n) свободных носителей заряда, их заряд (е) и массу (m) и время свободного пробега:

где μ — подвижность (См. Подвижность ионов и электронов) частицы, равная E/vcp = eτ/m, vcp — ср. скорость направленного движения. Если ток обусловлен заряженными частицами разного сорта «i», то kT удовлетворить трудно, а в полупроводниках, электролитах и особенно в плазме явления в сильных электрических полях весьма существенны.

В переменном электромагнитном поле σ зависит от частоты (ω) и от длины волны (λ) поля (временна́я и пространственная дисперсия, проявляющиеся при ω ≥ τ^-1, λ ≤ l). Характерным свойством хороших проводников является Скин-эффект (даже при ω