ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ

(электрическая проводимость, проводимость), способность тела пропускать электрич. ток под воздействием электрич. поля, а также физ. величина, количественно характеризующая эту способность. Проводники всегда содержат свободные (или квазисвободные) носители заряда — эл-ны, ионы, направленное (упорядоченное) движение к-рых и есть электрич. ток. Э. большинства проводников (металлов, ПП, плазмы) обусловлена наличием в них свободных эл-нов (в плазме небольшой вклад в Э. вносят также ионы). Ионная Э. свойственна электролитам.

Сила электрич. тока I зависит от приложенной к проводнику разности потенциалов U, к-рая определяет напряжённость электрич. поля E внутри проводника. Для изотропного проводника пост. сечения Е= -U/L, где L — длина проводника. Плотность тока j зависит от значения Е в данной точке и в изотропных проводниках совпадает с E по направлению. Эта зависимость выражается Ома законом: j=sE; постоянный (не зависящий от E) коэфф. s и наз. Э. или удельной Э. Величина, обратная о, наз. удельным электрич. сопротивлением: r=1/s. Для проводников разной природы значения s (и r) существенно различны. В общем случае зависимость j от E нелинейна и s зависит от IS; в этом случае вводят дифф. Э. s=dj/dE. Э. измеряют в единицах (Ом•см)-1 или (в СИ) в (Ом•м)-1.

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

В зависимости от а все в-ва делятся на проводники: s>106 (Ом•м)-1, диэлектрики: s<10-8 (Ом•м)-1 и ПП с промежуточными значениями а. Это деление в значит. мере условно, т. к. Э. меняется в широких пределах при изменении состояния в-ва. Э. зависит от темп-ры, структуры в-ва (агрегатного состояния, дефектов и пр.) и от внеш. воздействий (магн. поля, облучения, напряжённости электрич, поля и т. п.).

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

s=ne2t/m=nem,

где m — подвижность ч-цы (см. ПОДВИЖНОСТЬ НОСИТЕЛЕЙ ТОКА), равная vcр/E=et/m, vcp — ср. скорость направл. движения (т. н. дрейфовая скорость). Если ток обусловлен i заряж. ч-цами разного сорта, то s=Sinieimi. Подвижность эл-нов (вследствие их малой массы) настолько больше ионной, что ионная Э. существенна только в случае, когда свободные эл-ны практически отсутствуют. Перенос массы под воздействием тока, напротив, связан с движением ионов.

Хар-р зависимости Э. от темп-ры Т различен у разных в-в. У металлов зависимость s(Т) определяется в осн. уменьшением времени свободного пробега эл-нов с ростом темп-ры Т: увеличение темп-ры приводит к возрастанию тепловых колебаний крист. решётки, на к-рых рассеиваются эл-ны, и s уменьшается (на квант. языке говорят о столкновении эл-нов с фононами). При достаточно высоких темп-рах, превышающих Дебая температуру 6д, Э. металлов обратно пропорц. темп-ре: s=1/T; при T<-qД s=7'-5, однако ограничена остаточным сопротивлением (см. МЕТАЛЛЫ). Нек-рые металлы, сплавы и ПП при понижении Т до неск. К переходят в сверхпроводящее состояние с бесконечно большой проводимостью (см. СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ). Э. расплавленных металлов того же порядка, что и Э. этих металлов в тв. состоянии.

В ПП s резко возрастает при повышении темп-ры за счёт увеличения числа эл-нов проводимости и положит. носителей заряда — дырок (см. ПОЛУПРОВОДНИКИ). Диэлектрики имеют заметную Э. лишь при очень высоких электрич. напряжениях: при нек-ром (большом) значении Е происходит пробой диэлектриков.

Прохождение тока через частично или полностью ионизов. газы (плазму) обладает своей спецификой (см. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В ГАЗАХ, ПЛАЗМА); напр., в полностью ионизованной плазме Э. не зависит от плотности и возрастает с ростом темп-ры пропорц. Т3/2, достигая Э. хороших металлов. Об Э. жидкостей (см. ЭЛЕКТРОЛИТЫ, ЭЛЕКТРОЛИЗ).

Отклонение от закона Ома в пост. поле Е наступает, если с ростом Е энергия, приобретаемая ч-цей в этом поле в промежутке между столкновениями, равная еЕl (где l — ср. длина свободного пробега), становится порядка или больше kT. В металлах условию eEl->kT удовлетворить трудно, а в ПП, электролитах и особенно в плазме явления в сильных электрич. полях весьма существенны.

В перем. эл.-магн. поле а зависит от частоты w и от длины волны l электрич. поля (временная и пространств. дисперсии, проявляющиеся при w?t-1, l?l). Характерное св-во хороших проводников в том, что даже при w<-t-1 ток сконцентрирован вблизи поверхности проводника (скин-эффект) .

Измерение Э.— один из важных методов исследования материалов, в частности для металлов и ПП — их чистоты. Кроме того, измерение Э. позволяет выяснить динамику носителей заряда в макроскопич. теле, хар-р их вз-ствия (столкновений) друг с другом и с др. объектами в теле.

Э. металлов и ПП существенно зависит от величины магн. поля, особенно при низких темп-рах (см. ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ).