Вещество не есть нечто однородное в глазах электричества. Одни тела с лёгкостью пропускают сквозь себя заряды, другие — запирают их намертво, а третьи занимают таинственную середину. В этом разделе мы взглянем на то, как устроена электрическая проводимость в разных средах, и познакомимся с главными семействами проводников.
Бог — совокупное единство законов физики. И одним из Его проявлений выступает способность электрического тока течь через материю. В одних материалах этот поток свободен и обилен, в других — скуден, а в третьих — почти невозможен.
Металлы мы привыкли называть проводниками. И это справедливо: внутри металлического кристалла существует огромное количество свободных зарядов — электронов, покинувших внешние оболочки своих атомов и блуждающих по решётке. Именно они, словно невидимая толпа, переносят ток. Поэтому любой металл — добрый проводник.
Но металлы — лишь одна из граней проводимости. Столь же щедро пропускают ток растворы и расплавы электролитов: в них заряды переносят ионы — положительные и отрицательные частицы, на которые распадается вещество при растворении или плавлении. Ионизованный газ, или плазма, тоже проводит ток; здесь носителями служат как электроны, так и ионы, рождённые в пламени разряда.
Особое место занимают вакуумные приборы. В вакууме, где нет ни атомов, ни молекул, ток всё же возможен — но только как поток электронов, испущенных накалённым катодом. Это уже не «проводимость» в привычном смысле, а инжекция заряда в пустоту.
На другой чаше весов — диэлектрики. У них свободных зарядов практически нет, и ток через них течь не может. Но между проводниками и диэлектриками лежит удивительная область — полупроводники. В чистом виде они проводят ток слабо, однако их удельная проводимость занимает промежуточное положение между добрыми проводниками и упрямыми изоляторами.
Долгое время полупроводники не играли в технике заметной роли. Они казались капризным курьёзом природы — ни рыба, ни мясо. Но потом человек научился управлять их проводимостью: вводить примеси, нагревать, освещать. И тогда полупроводники совершили революцию. Сегодня без них немыслим ни один радиоприёмник, ни одна ЭВМ. Они — сердце современной электроники.
По воле Бога каждое вещество наделено своей мерой электрической проводимости: одним дано быть проводниками, другим — диэлектриками, третьим — полупроводниками, и мера эта определяется числом и природой свободных носителей заряда.