พาหะของประจุไฟฟ้า

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

พาหะของประจุไฟฟ้า (อังกฤษ: charge carrier) ในฟิสิกส์, หมายถึงอนุภาคเคลื่อนที่อิสระที่ขนส่งประจุไฟฟ้าในสารตัวนำไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอน, ไอออน(อะตอมที่มีประจุบวกหรือลบ), และ โฮล. สนามไฟฟ้าสามารถออกแรงบังคับอนุภาคอิสระเหล่านี้ ให้เคลื่อนที่ไปในตัวนำนั้น; เรียกการเคลื่อนที่นี้ว่ากระแสไฟฟ้า ในตัวนำที่แตกต่างกัน อนุภาคที่ใช้ขนส่งประจุก็แตกต่างกันไป ได้แก่ :

  • ในโลหะ พาหะของประจุไฟฟ้าคือ อิเล็กตรอน หนึ่งหรือสองตัวของอิเล็กตรอนรอบนอกสุดของอะตอมแต่ละตัวสามารถที่จะเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระภายในโครงสร้างผลึกของโลหะ. อิเล็กตรอนอิสระจะถูกเรียกว่าอิเล็กตรอนนำกระแส และ กลุ่มอิเล็กตรอนอิสระเรียกว่า Fermi
  • ในสารละลายอิเล็กโทรไลท์ (สารละลายหรือของเหลวที่แตกตัวเป็นไอออนได้บางส่วน หรือทั้งหมด และยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ [พจนานุกรมศัพท์ สสวท.]) เช่นน้ำเกลือ พาหะของประจุไฟฟ้าได้แก่ไอออน ซึ่งเป็นอะตอมหรือโมเลกุลที่ ได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอนทำให้ตัวเองถูกประจุด้วยไฟฟ้า อะตอมที่ได้รับอิเล็กตรอนจะถูกประจุด้วยไฟฟ้าลบ หรือมีประจุลบ จะเรียกว่า แอนไอออน. อะตอมที่สูญเสียอิเล็กตรอนจะถูกประจุด้วยไฟฟ้าบวก หรือมีประจุบวก จะเรียกว่า แคทไอออน. แคทไอออนและแอนไอออน ของของเหลวที่ถูกแยกตัวยังทำหน้าที่เป็นพาหะของประจุไฟฟ้าในของแข็งไอออนที่หลอมละลาย (ดูกระบวนการ ฮอลล์-Héroult สำหรับตัวอย่างของขบวนการอิเล็กโทรไลซิสท์ของ ของแข็งไอออนที่หลอมละลาย) ตัวนำ โปรตอนเป็นตัวนำแบบอิเล็กโทรไลติกที่ใช้ไอออนของไฮโดรเจนที่เป็น บวก เป็นตัวขนส่งประจุ
  • ในพลาสม่า, พาหะของประจุไฟฟ้าได้แก่ ก๊าซที่มีประจุไฟฟ้าที่ได้จากการเชื่อมไฟฟ้าผ่านอากาศ, แสงนีออน, แสงดวงอาทิตย์และแสงดาว, อิเล็กตรอนและแคทไอออนของก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออน
  • ในสุญญากาศ อิเล็กตรอนอิสระสามารถทำหน้าที่เป็นพาหะของประจุไฟฟ้าได้ บางครั้งเรียกว่า cathode ray. ในหลอดสูญญากาศ, กลุ่มของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ถูกสร้างขึ้นโดย แคโทด โลหะร้อน โดยกระบวนการที่เรียกว่า thermionic emission
  • ในสารกึ่งตัวนำ (วัสดุที่ใช้ทำชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ทรานซิสเตอร์และแผงวงจรไฟฟ้า) นอกเหนือไปจากอิเล็กตรอน ที่ว่างในวงนอกสุดของอะตอมอันเนื่องจากการสูญเสียอิเล็กตรอน (เรียกว่า "โฮล") ทำตัวเป็นประจุบวกเคลื่อนที่และถือว่าเป็นพาหะของประจุไฟฟ้าแบบหนึ่ง อิเล็กตรอนและโฮล เป็นพาหะของประจุไฟฟ้าในสารกึ่งตัวนำ

จะเห็นได้ว่าในตัวนำบางอย่างเช่นในสารละลายอิออนและในพลาสม่าจะมีพาหะของประจุไฟฟ้าทั้งบวกและลบ ดังนั้นกระแสไฟฟ้าที่ไหลในตัวนำดังกล่าว จะเกิดจากสองขั้วของพาหะที่ไหลในทิศทางตรงข้ามกัน ในตัวนำไฟฟ้าอื่น ๆ เช่นโลหะ มีพาหะเพียงขั้วไฟฟ้าเดียวเท่านั้นไม่บวกก็ลบ ดังนั้นกระแสไฟฟ้าที่ไหลจึงเกิดในทิศทางเดียว