Elektr o‘tkazuvchanlik (elektr o‘tkazuvchanlik, o‘tkazuvchanlik) — jism (muhit)ning elektr tokini o‘tkazish qobiliyati, ya’ni jism yoki muhitda elektr maydoni ta’sirida elektr toki yuzaga kelishini belgilovchi xususiyatdir. Shuningdek, ushbu qobiliyatni ifodalovchi fizik kattalik ham bo‘lib, u elektr qarshiligiga teskari qiymatdir.
Elektr o‘tkazuvchanlikning Xalqaro birliklar tizimidagi (SI) o‘lchov birligi — simens (ruscha belgilanishi: Sm; xalqaro belgilanishi: S) uchun 1 Sm = 1 Om−1, ya’ni qarshiligi 1 Om bo‘lgan elektr zanjiri qismining elektr o‘tkazuvchanligiga teng.
«Elektr o‘tkazuvchanlik» (muhit yoki moddaning elektr o‘tkazuvchanligi) atamasi solishtirma elektr o‘tkazuvchanlikni ham anglatadi (quyiga qarang).
Elektr o‘tkazuvchanlik deganda, avvalo, o‘zgarmas elektr maydoni ta’sirida o‘zgarmas tokni o‘tkazish qobiliyati tushuniladi. Bu dielektriklarning o‘zgaruvchan elektr maydoniga bog‘langan zaryadlarning tebranishi (o‘zgaruvchan qutblanish) orqali javob berib, o‘zgaruvchan tok hosil qilish xususiyatidan farq qiladi. O‘tkazuvchanlik toki qo‘llanilgan maydon chastotasiga deyarli bog‘liq emas (muayyan chegaragacha, past chastotalar sohasida).
G o‘tkazuvchanlik jismning R qarshiligiga teskari kattalik bo‘lib, I tok kuchining undagi V kuchlanishga nisbatiga teng:
| Belgilanish belgisi | G |
|---|---|
| SI tizimidagi belgilanishi | Sm/m |
| SI tizimidagi o‘lchov birligi | kg−1⋅m−2⋅s3⋅A2 |
Muhit (modda)ning elektr o‘tkazuvchanligi uning tarkibidagi zaryadlangan zarrachalarning (elektronlar, ionlar) shu muhitda yetarlicha erkin harakatlana olishiga bog‘liq. Elektr o‘tkazuvchanlik qiymati va uning mexanizmi moddaning tabiati (tuzilishi), kimyoviy tarkibi, agregat holati hamda fizik sharoitlarga, avvalo, haroratga bog‘liq.
Solishtirma elektr o‘tkazuvchanlik
Solishtirma elektr o‘tkazuvchanlik (solishtirma o‘tkazuvchanlik) — moddaning o‘zida elektr tokini o‘tkazish qobiliyatini miqdoriy ifodalovchi kattalikdir. Om qonuniga ko‘ra, chiziqli izotrop moddada solishtirma o‘tkazuvchanlik yuzaga keladigan tok zichligi bilan elektr maydon kuchlanganligi orasidagi proporsionallik koeffitsiyentidir:
- bu yerda — solishtirma o‘tkazuvchanlik,
- — tok zichligi vektori,
- — elektr maydon kuchlanganligi vektori.
- Bir jinsli o‘tkazgichning elektr o‘tkazuvchanligi G, agar uning uzunligi L va ko‘ndalang kesimining o‘zgarmas yuzasi S bo‘lsa, o‘tkazgich yasalgan moddaning solishtirma o‘tkazuvchanligi orqali quyidagicha ifodalanadi:
- Xalqaro birliklar tizimi (SI) bo‘yicha solishtirma elektr o‘tkazuvchanlik simens/metr (Sm/m) yoki Om−1·m−1. SGSE tizimida esa solishtirma elektr o‘tkazuvchanlik birligi teskari soniya (s−1).
Bir jinsli bo‘lmagan muhitda σ koordinatalarga bog‘liq bo‘lishi mumkin (odatda bog‘liq bo‘ladi), ya’ni o‘tkazgichning turli nuqtalarida qiymati bir xil bo‘lmaydi.
Anizotrop muhitlarning solishtirma o‘tkazuvchanligi, izotrop muhitlardan farqli ravishda, odatda skalyar emas, balki tenzor (2-rangli simmetrik tenzor) bo‘ladi. Bunda tenzorga ko‘paytirish matritsalarni ko‘paytirish amaliga keltiriladi:
bunda tok zichligi va maydon kuchlanganligi vektorlari umumiy holda kollinear emas.
Har qanday chiziqli muhit uchun mahalliy (agar muhit bir jinsli bo‘lsa, butun muhit miqyosida) xos bazis — ortogonal Dekart koordinatalari tizimini tanlash mumkin. Bu tizimda matritsa diagonal ko‘rinishga o‘tadi, ya’ni to‘qqizta komponentdan faqat uchtasi noldan farqli bo‘ladi: , va . Bu holda ni deb belgilasak, oldingi formula o‘rniga soddaroq formulaga ega bo‘lamiz:
Quyidagi kattaliklar solishtirma o‘tkazuvchanlik tenzorining bosh qiymatlari deb ataladi. Umumiy holatda yuqoridagi munosabat faqat bitta koordinatalar tizimida bajariladi.
Solishtirma o‘tkazuvchanlikka teskari kattalik solishtirma elektr qarshilik deb ataladi.
Umuman olganda, yuqorida yozilgan chiziqli munosabat (skalyar va tenzor ko‘rinishida ham) ko‘pi bilan taqribiy bajariladi. Bu yaqinlashuv faqat E ning nisbatan kichik qiymatlari uchun yaxshi natija beradi. Biroq E ning chiziqlilikdan og‘ishlar sezilarli bo‘lgan qiymatlarida ham solishtirma elektr o‘tkazuvchanlik yoyilmaning chiziqli hadi oldidagi koeffitsiyent sifatida ahamiyatini saqlashi mumkin. Bunda yoyilmaning boshqa, yuqori tartibli hadlari aniqlikni oshiruvchi tuzatmalarni beradi.
Shuningdek, J ning E ga nochiziqli bog‘liqligi holatida (ya’ni umumiy holatda) differensial solishtirma elektr o‘tkazuvchanlik ham kiritilishi mumkin; u maydon kuchlanganligi E ga bog‘liq:
- ga bog‘liq bo‘ladi (anizotrop muhitlar uchun: ).
Elektr o‘tkazuvchanlik va tok tashuvchilari
Barcha moddalarning elektr o‘tkazuvchanligi ularda tok tashuvchilari (zaryad tashuvchilari) — modda ichida katta masofalarga harakatlana oladigan zaryadlangan harakatchan zarrachalar (elektronlar, ionlar) yoki kvazizarrachalar (masalan, yarimo‘tkazgichdagi kovaklar) mavjudligi bilan bog‘liq. Soddaroq aytganda, bunday zarracha yoki kvazizarracha mazkur modda ichida cheksiz katta, hech bo‘lmaganda makroskopik masofani bosib o‘ta olishi kerak. Ayrim xususiy hollarda esa tashuvchilar hosil bo‘lib, keyin yo‘qolishi va bir-birini almashtirishi mumkin. Bunda ular, hatto juda qisqa masofalarda navbatma-navbat harakatlanib ham, tokni tashiydi.
Bir turdagi tashuvchilar uchun tok zichligi quyidagi formula bilan aniqlanadi:
- bu yerda — bitta tashuvchining zaryadi,
- — tashuvchilar konsentratsiyasi,
- — ularning o‘rtacha harakat tezligi,
yoki bir nechta turdagi tashuvchilar uchun. Bunda tashuvchilar turlari quyidagi indeks bilan belgilanadi: uning qiymati 1 dan tashuvchilar turlari sonigacha o‘zgaradi. Har bir turdagi tashuvchining zaryadi (miqdori va ishorasi jihatidan boshqalarnikidan farq qilishi mumkin), konsentratsiyasi va o‘rtacha harakat tezligi o‘ziga xos bo‘ladi. Formuladagi yig‘indi barcha mavjud tashuvchi turlari bo‘yicha olinadi. Shuni hisobga olsak, muayyan modda (muhit) ichida harakatlanayotgan har bir turdagi zarrachaning barqarorlashgan o‘rtacha tezligi unga ta’sir etuvchi elektr maydoniga proporsional bo‘ladi (agar harakat aynan shu maydon ta’sirida yuzaga kelayotgan bo‘lsa; bu yerda shu holat ko‘rib chiqilmoqda):
- bu yerda — harakatchanlik deb ataladigan proporsionallik koeffitsiyenti bo‘lib, u muayyan muhitdagi tok tashuvchisi turiga bog‘liq.
Bundan elektr o‘tkazuvchanlik uchun quyidagi ifoda o‘rinli ekani kelib chiqadi:
yoki:
- — tashuvchilarning bir nechta turi mavjud bo‘lganda.
Elektr o‘tkazuvchanlik mexanizmlari va turli sinflarga mansub moddalarning elektr o‘tkazuvchanligi
Elektron o‘tkazuvchanlik
Kovakli o‘tkazuvchanlik
Ionli o‘tkazuvchanlik
Gazlar, ayrim qattiq birikmalar (ion kristallari va shishalar), eritilgan sof tuzlar, shuningdek, birikmalarning suvdagi, suvsiz erituvchilardagi va suyuqlantirilgan muhitlardagi eritmalari ionli o‘tkazuvchanlikka ega. Turli sinflarga mansub ikkinchi tur o‘tkazgichlarning solishtirma o‘tkazuvchanlik qiymatlari juda keng oraliqda o‘zgaradi.
Metallarning elektr o‘tkazuvchanligi
Elektronlar kashf etilishidan oldin ham metallardan tok o‘tishi, suyuq elektrolitlardagi tokdan farqli ravishda, metall moddasining ko‘chishi bilan bog‘liq emasligi aniqlangan edi. Nemis fizigi Karl Viktor Eduard Rikke (Carl Viktor Eduard Riecke) 1901-yilda o‘tkazgan tajribada sirtlari puxta silliqlangan ikki mis va bir alyuminiy silindr bir-birining ustiga qo‘yilgan. Ularning turli metallardan iborat tutashuv joylari orqali bir yil davomida o‘zgarmas elektr toki o‘tkazilgan. Keyin tutashuv joylari yaqinidagi moddaning tarkibi o‘rganilgan. Ma’lum bo‘lishicha, tutashuv chegarasi orqali metall moddasining ko‘chishi kuzatilmagan; chegara ikki tomonidagi modda tarkibi tok o‘tkazilishidan oldingidek qolgan. Shu tariqa elektr tokini metallar atomlari va molekulalari emas, boshqa zarrachalar tashishi ko‘rsatilgan. Biroq bu tajribalar metallardagi zaryad tashuvchilarning tabiati qanday ekaniga javob bermagan.
Issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti bilan bog‘liqligi
Videman — Frans qonuni yuqori haroratlarda metallar uchun amal qiladi va ikkita kattalik orasidagi aniq bog‘lanishni belgilaydi (solishtirma elektr o‘tkazuvchanlik va issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti K):
- bu yerda k — Bolsman doimiysi,
- e — elementar zaryad.
Ushbu bog‘lanish metallarda ham elektr o‘tkazuvchanlik, ham issiqlik o‘tkazuvchanlik erkin o‘tkazuvchan elektronlarning harakati tufayli yuzaga kelishiga asoslanadi.
Eritmalarning elektr o‘tkazuvchanligi
Ionlarning harakatlanish tezligi elektr maydon kuchlanganligi, harorat, eritmaning qovushqoqligi, ionning radiusi va zaryadi, shuningdek, ionlararo o‘zaro ta’sirga bog‘liq.
Kuchli elektrolitlar eritmalarida elektr o‘tkazuvchanlikning konsentratsiyaga xos bog‘liqligi bir-biriga qarama-qarshi ikki ta’sir bilan izohlanadi. Bir tomondan, eritma suyultirilganda uning birlik hajmidagi ionlar soni kamayadi. Boshqa tomondan, qarama-qarshi zaryadli ionlar tomonidan tormozlanish zaiflashgani sababli ionlarning harakat tezligi ortadi.
Kuchsiz elektrolitlar eritmalarida elektr o‘tkazuvchanlikning konsentratsiyaga xos bog‘liqligi shunday tushuntiriladi: suyultirish kuchayganda, bir tomondan, elektrolit molekulalarining konsentratsiyasi kamayadi. Ayni vaqtda ionlanish darajasi ortgani sababli ionlar soni ko‘payadi.
Metallardan (1-tur o‘tkazgichlardan) farqli ravishda, kuchsiz va kuchli elektrolitlar eritmalarining (2-tur o‘tkazgichlarning) elektr o‘tkazuvchanligi harorat ortishi bilan oshadi. Bu eritma qovushqoqligining kamayishi va ionlararo o‘zaro ta’sirning susayishi hisobiga ionlar harakatchanligining ortishi bilan izohlanadi.
Elektroforetik effekt — elektr maydon ta’sirida qarama-qarshi ishorali ionlar ko‘rib chiqilayotgan ionning harakat yo‘nalishiga teskari yo‘nalishda harakatlangani uchun zaryad tashuvchilarning tormozlanishidir.
Relaksatsion effekt — harakatlanayotgan ionlarning o‘z ion atmosferalariga nisbatan nosimmetrik joylashishi tufayli zaryad tashuvchilarning tormozlanishidir. Ion ortidagi fazoda qarama-qarshi ishorali zaryadlarning to‘planishi uning harakatini sekinlashtiradi.
Elektr maydon kuchlanganligi katta bo‘lganda ionlar shunchalik tez harakatlanadiki, ion atmosferasi hosil bo‘lishga ulgurmaydi. Natijada elektroforetik va relaksatsion tormozlanish namoyon bo‘lmaydi.
Ayrim moddalarning solishtirma elektr o‘tkazuvchanligi (jadval)
Solishtirma o‘tkazuvchanlikning harorat +20 °C bo‘lgandagi qiymatlari:
| Modda | Sm/m | Modda | Sm/m | Modda | Sm/m | Modda | Sm/m | Modda | Sm/m |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| kumush | 62 500 000 | molibden | 18 500 000 | qalay | 8 330 000 | simob | 1 040 000 | marmar | 10−8 |
| mis | 59 500 000 | volfram | 18 200 000 | po‘lat (quyma) | 7 690 000 | nixrom | 893 000 | shisha | 10−11 |
| oltin | 45 500 000 | rux | 16 900 000 | qo‘rg‘oshin | 4 810 000 | grafit | 125 000 | chinni | 10−14 |
| alyuminiy | 38 000 000 | nikel | 11 500 000 | neyzilber | 3 030 000 | dengiz suvi | 4 | kvars shishasi | 10−16 |
| magniy | 22 700 000 | temir (sof) | 10 000 000 | konstantan | 2 000 000 | tuproq (nam) | 10−2 | qahrabo | 10−18 |
| iridiy | 21 100 000 | platina | 9 350 000 | manganin | 2 330 000 | distillangan suv | 10−4 | teflon | 10-19 |
Adabiyotlar
- Katta sovet ensiklopediyasi : [30 jildda] / bosh muharrir A. M. Proxorov. — 3-nashr. — M. : Sovet ensiklopediyasi, 1969—1978.
- Matveyev A. N. Elektr va magnetizm. (Birinchi nashri: M.: Oliy maktab, 1983. 463 bet.)
- Yershov Yu. A., Popkov V. A., Berlyand A. S. va boshqalar. Umumiy kimyo. Biofizik kimyo. Biogen elementlar kimyosi. — 8-nashr, o‘zgarishsiz qayta bosilgan. — M. : Oliy maktab, 2010. — 559 bet — ISBN 978-5-06-006180-2.
- Blatt F. Qattiq jismlarda elektron o‘tkazuvchanligi fizikasi. — M. : Mir, 1971. — 470 bet
Havolalar
- «Elektr o‘tkazuvchanlik» — Kichik sovet ensiklopediyasidagi maqola; 2-nashr; 1937—1947-yillar.