Koje tvari provode struju
Kao što znate, uređeno kretanje nositelja električnog naboja naziva se električna struja. Elektroni mogu djelovati kao takvi nositelji naboja - u metalima, poluvodičima i plinovima; ioni — u elektrolitima i plinovima; a u poluvodičima rupe također djeluju kao nositelji električnog naboja - nepopunjene valentne veze u atomima jednake su po veličini naboju elektrona, ali s pozitivnim nabojem.
Postavljajući pitanje koje tvari provode struja, morat ćemo spekulirati o tome što uopće uzrokuje struju, naime o prisutnosti nabijenih čestica u određenim tvarima. Ovdje nećemo razmatrati prednaponsku struju, jer to nije vodljiva struja i stoga nije izravno relevantna za ovo pitanje.
Točno, metali su glavni vodiči električne struje u cijeloj modernoj elektrotehnici. Za metale je karakteristična slaba povezanost valentnih elektrona, odnosno elektrona vanjskih energetskih razina atoma, s jezgrama tih atoma.
I upravo zbog slabosti tih veza, kada se iz nekog razloga u vodiču pojavi razlika potencijala (vrtložno električno polje ili primijenjeni napon), ti se elektroni počinju lavinsko kretati u jednom ili drugom smjeru, elektroni vodljivosti se kreću unutar kristalne rešetke, kao kretanje «elektroničkog plina».
Tipični predstavnici metalnih vodiča: bakar, aluminij, volfram.
Niže na popisu — poluvodiči… Poluvodiči, u svojoj sposobnosti provođenja električne struje, zauzimaju srednji položaj između vodiča poput bakrenih žica i dielektrika poput pleksiglasa. Ovdje je jedan elektron vezan za dva atoma odjednom — atomi su u kovalentnim vezama jedan s drugim — stoga, da bi se bilo koji pojedinačni elektron za koji se smatra da bi se počeo kretati, stvarajući struju, prvo mora primiti energiju kako bi ostvario svoju sposobnost napuštanja atom koji jesi
Na primjer, poluvodič se može zagrijati i neki od elektrona će početi napuštati svoje atome, tj. uvjet za postojanje struje — u kristalnoj rešetki će se pojaviti slobodni nosioci — elektroni i šupljine (na mjestu gdje je elektron izašao prvo ostaje prazan prostor s pozitivnim nabojem — šupljina, koju zatim zauzima elektron drugog atoma) . Istaknuti predstavnici čistih poluvodiča su: germanij, silicij, bor. Ovdje ne gledamo odnose.
Elektroliti također mogu provoditi struju zbog prisutnosti slobodnih nositelja naboja u njima. Ali elektroliti su vodiči druge vrste. Slobodni nositelji naboja u elektrolitima su ioni (pozitivni ioni nazivaju se kationi, negativni ioni nazivaju se anioni).
Ovdje nastaju kationi i anioni uslijed procesa elektrolitičke disocijacije (razgradnje molekula na dijelove — na zasebne ione) kiselina, baza, baza u njihovim otopinama ili talinama. Istodobno s disocijacijom, ioni se ponovno povezuju s molekulama - to se naziva dinamička ravnoteža u elektrolitu. Primjer elektrolita je 40% otopina sumporne kiseline u vodi.
Konačno, plazma — ionizirani plin — četvrto je agregacijsko stanje tvari. U plazmi električni naboj nose elektroni, kao i kationi i anioni koji nastaju kada se plin zagrijava ili kada je izložen rendgenskom, ultraljubičastom , ili drugim zračenjem (ili pod djelovanjem zagrijavanja i zračenja) . Plazma je kvazineutralna, odnosno unutar nje u malim volumenima ukupni naboj svugdje je jednak nuli. Ali zbog pokretljivosti čestica plina, plazma još uvijek može provoditi struju.
U principu, plazma štiti vanjsko električno polje, budući da su naboji u njoj odvojeni tim poljem, ali zbog činjenice da je prisutno toplinsko gibanje nositelja naboja, na malim je skalama narušena kvazineutralnost plazme. a plazma praktički stječe sposobnost provođenja električne struje . Sav međuzvjezdani prostor u svemiru ispunjen je plazmom, a i same zvijezde su napravljene od plazme.