ในโลหะประกอบด้วย Valence electron ที่ถูกยึดไว้อย่างหลอม ๆ อิเล็กตรอนเหล่านี้จะหลุดจาก
อิเล็กตรอนได้ง่าย เมื่อหลุดแล้วจะเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระสามารถไปได้ทั่วโลหะทั้งก้อน เรียกอิเล็กตรอน
เหล่านี้ว่า อิเล็กตรอนอิสระ (free electron) ซึ่งอิเล็กตรอนเหล่านี้จะเคลื่อนที่อย่างไร้ระเบียบไม่มีทิศทาง
แน่นอน การเคลื่อนที่แบบนี้เรียกว่า การเคลื่อนที่แบบบราวน์ ความเร็วเฉลี่ยของอิเล็กตรอนเป็น 0
เมื่อเราทำให้ปลายโลหะทั้งสองมีความต่างศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้น โดยต่อปลายทั้งสองข้างของโลหะกับ
แหล่งกำเนิดไฟฟ้าจะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่โดยมีความเร็วเฉลี่ยไม่เท่ากับ 0 เรียกว่าความเร็วลอยเลื่อน
(Drift velocity) ดังนั้นการนำไฟฟ้าในโลหะเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระ
การนำไฟฟ้าในหลอดสุญญากาศ
หลอดสุญญากาศเป็นหลอดแก้วที่สูบอากาศออกหมด ส่วนประกอบหลักภายในจะมีขั้วสำหรับให้
อิเล็กตรอนเรียกว่า ขั้ว แคโทด (Cathode) และขั้วสำหรับรับอิเล็กตรอนเรียกว่า ขั้ว อาโนด (Anode) หรือเพลต
หลอดสุญญากาศ ที่มีเฉพาะ ขั้วแคโทดและ อาโนด เรียกว่าหลอดไดโอด (Diode) หลอดประเภทอื่น
ก็จะมีส่วนประกอบที่มากกว่านี้ต่างกันไปตามลักษณะการใช้งาน
กระแสในหลอดสุญญากาศเกิดขึ้นได้อย่างไร?
ถ้าเราตอขัวบวกของแบตเตอรี่เข้ากบ ่ ั้ ขั้วอาโนด และขั้วลบที่ขั้วแคโทดของหลอดไดโอด และทำให้
แคโทดร้อน อิเล็กตรอนบางตัวจะหลุดออกจากแคโทด เป็นอิเล็กตรอนอิสระ ดังนั้นถ้าเราต่อแหล่งกำเนิด
ไฟฟ้ากับแคโทดและแอโนด โดยให้โดยศักย์ไฟฟ้าที่แอโนดสูงกว่า (ขั้วบวกต่อกับแอดโนด ขั้วลบต่อกับ
แคโทด) สนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะทำให้อิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ ไปยังแอโนด จึงทำให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น
ในวงจร ดังนั้นการนำไฟฟ้าในไดโอดเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระ แล้วถ้าเราต่อสลับขั้วจะนำ
ไฟฟ้าได้หรือไม่?
นอกจากนี้ยังมีหลอดสุญญากาศที่ใช้ความร้อนจากแสงทำให้อิเล็กตรอนหลุดจากแคโทดอีกด้วยเรียกหลอด
ประเภทนี้ว่า หลอดโฟโตอิเล็กตริก นอกจากนี้สมบัติของหลอดไดโอดเรานำมาใช้ประกอบเป็นอุปกรณ์
เปลี่ยนไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง
การนำไฟฟ้าในอิเล็กโทรไลต์
สารอิเล็กโทรไลต์เป็นสารละลายที่นำไฟฟ้าได้ เช่น สารละลายของกรด เบส หรือเกลือ ไม่ว่าจะเป็น
สารละลายเกลือกำมะถัน สารละลายเบสโซเดียมไฮดรอกไซด์ เกลือซัลเฟตเป็นต้น โดย
กระแสไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของไอออนที่เกิดจากการแตกตัวของกรด เบส หรือ เกลือ การนำไฟฟ้าในอิเล็กโทไลต์ ทำให้เกิดขึ้นโดยจุ่มแผ่นโลหะ 2 แผ่น แผ่นหนึ่งต่อเข้ากับขั้วบวก และอีกแผ่นต่อกับขั้วลบ ลงไป
ในอิเล็กโทรไลต์ แท่งแผ่นโลหะ จะทำหน้าที่เป็นขั้วบวก และขั้วลบ
ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าผ่านอิเล็กโทรไลต์
ซึ่งส่งผลให้ ไอออนบวก เคลื่อนที่ไปยังขั้วลบ ไอออนลบ เคลื่อนที่ไปยังขั้วบวก จึงทำให้มีกระแสไฟฟ้า
เกิดขึ้น ดังนั้นกระแสไฟฟ้าในอิเล็กโทรไลต์ จึงเกิดจากการเคลื่อนที่ ของทั้งประจุบวก และประจุลบ
หลักการนี้การนำไปใช้ประโยชน์ในการชุบโลหะ และการแยกธาตุบริสุทธ์ิ เมื่อต้องการชุบวัตถุด้วย
โลหะชนิดใดก็ต้องใช้อิเล็กโทไลต์ที่มีไอออนชนิดนั้น เพื่อให้ไอออนมาเกาะ
การนำไฟฟ้าในหลอดสุญญากาศ
หลอดบรรจุแก็สเป็นหลอดสุญญากาศที่บรรจุแก็สบางชนิดลงไปเป็นปริมาณน้อย เช่น ไฮโดรเจน
นีออน อาร์กอน หรือ ไอปรอท ความดันภายในหลอดจะต่ำกว่าความดันบรรยากาศมาก ที่ปลายขั้วหลอดทั้
สองข้างจะต่อกับขั้วไฟฟ้า ถ้าความต่างศักย์ สูงพอจะทำให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นและมีแสงสีต่างๆ ตาม
คุณสมบัติแก็สที่ใส่ในหลอด เช่นหลอดไฟโฆษณาต่างๆ
กระแสเกิดขึ้นจาก เมื่อเราให้ความต่างศักย์ระหว่างขั้วมากๆ ทำให้เกิดสนามไฟฟ้า โมเลกุลของแก็ส
จะแตกตัว เป็นไอออนบวก และอิเล็กตรอนอิสระ โดยไอออนบวกจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้าลบ
อิเล็กตรอนอิสระจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้าบวก ดังนั้นจะเห็นว่าการนำไฟฟ้าของหลอดบรรจุแก๊สเกิดจาก
การเคลื่อนที่ของไอออนบวก และอิเล็กตรอนอิสระ
การนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำ (Semiconductor)
สารกึ่งตัวนำเป็นสารที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าอยู่ระหว่างตัวนำและฉนวน พิจารณาโครงสร้างของสาร
กึ่งตัวนำเช่น ซิลิกอน พบว่า Valence Electron ของแต่ละตัวจะมีพันธะกับ Valence Electron ข้างเคียง ดังรูป
1.1 และ 1.2 จึงไม่มีอิเล็กตรอนอิสระที่จะนำไฟฟ้าได้
ถ้าใส่สนามไฟฟ้าข้าไป หรือ ให้ความร้อนมากพอ Valence Electron สามารถหลุดเป็นอิสระได้ ทำให้เกิด
ช่องว่างเรียกว่า โฮล ซึ่งมีลักษณะคล้ายประจุไฟฟ้าบวก แรงเนื่องจากสนามไฟฟ้าที่กระทำต่ออิเล็กตรอนอิสระและโฮลจะมีทิศตรงข้ามกัน ทำให้มันเคลื่อนที่ในทิศตรงข้ามกัน โดยอิเล็กตรอนอิสระ
เคลื่อนที่ตรงข้ามกับสนาม โฮลเคลื่อนที่ทิศเดียวกับสนามไฟฟ้า ทำให้เกิดการนำไฟฟ้าขึ้น ดังนั้นการนำไฟฟ้า
ของสารกึ่งตัวนำเกิดจากการเคลื่อนที่ของ โฮล และอิเล็กตรอนอิสระ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น