พาหะของประจุไฟฟ้า

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ไปยังการนำทาง ไปยังการค้นหา

พาหะของประจุไฟฟ้า (อังกฤษ: charge carrier) ในฟิสิกส์, หมายถึงอนุภาคเคลื่อนที่อิสระที่ขนส่งประจุไฟฟ้าในสารตัวนำไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอน, ไอออน(อะตอมที่มีประจุบวกหรือลบ), และโฮล สนามไฟฟ้าสามารถออกแรงบังคับอนุภาคอิสระเหล่านี้ให้เคลื่อนที่ไปในตัวนำนั้น เรียกการเคลื่อนที่นี้ว่า กระแสไฟฟ้า ในตัวนำที่แตกต่างกัน อนุภาคที่ใช้ขนส่งประจุก็แตกต่างกันไป ได้แก่ :

  • ในโลหะ พาหะของประจุไฟฟ้าคือ อิเล็กตรอนหนึ่งหรือสองตัวของอิเล็กตรอนรอบนอกสุดของอะตอมแต่ละตัว สามารถที่จะเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระภายในโครงสร้างผลึกของโลหะ อิเล็กตรอนอิสระจะถูกเรียกว่า อิเล็กตรอนนำกระแส และกลุ่มอิเล็กตรอนอิสระเรียกว่า Fermi
  • ในสารละลายอิเล็กโทรไลท์ (สารละลายหรือของเหลวที่แตกตัวเป็นไอออนได้บางส่วน หรือทั้งหมด และยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ [พจนานุกรมศัพท์ สสวท.]) เช่น น้ำเกลือ พาหะของประจุไฟฟ้าได้แก่ไอออน ซึ่งเป็นอะตอมหรือโมเลกุลที่ได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอน ทำให้ตัวเองถูกประจุด้วยไฟฟ้า อะตอมที่ได้รับอิเล็กตรอนจะถูกประจุด้วยไฟฟ้าลบหรือมีประจุลบจะเรียกว่า แอนไอออน อะตอมที่สูญเสียอิเล็กตรอนจะถูกประจุด้วยไฟฟ้าบวกหรือมีประจุบวก จะเรียกว่า แคทไอออน แคทไอออนและแอนไอออนของของเหลวที่ถูกแยกตัวยังทำหน้าที่เป็นพาหะของประจุไฟฟ้าในของแข็งไอออนที่หลอมละลาย (ดูกระบวนการ ฮอลล์-Héroult สำหรับตัวอย่างของขบวนการอิเล็กโทรไลซิสท์ของของแข็งไอออนที่หลอมละลาย) ตัวนำโปรตอนเป็นตัวนำแบบอิเล็กโทรไลติกที่ใช้ไอออนของไฮโดรเจนที่เป็นบวกเป็นตัวขนส่งประจุ
  • ในพลาสม่า, พาหะของประจุไฟฟ้าได้แก่ ก๊าซที่มีประจุไฟฟ้าที่ได้จากการเชื่อมไฟฟ้าผ่านอากาศ, แสงนีออน, แสงดวงอาทิตย์และแสงดาว, อิเล็กตรอนและแคทไอออนของก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออน
  • ในสุญญากาศ อิเล็กตรอนอิสระสามารถทำหน้าที่เป็นพาหะของประจุไฟฟ้าได้ บางครั้งเรียกว่า cathode ray. ในหลอดสูญญากาศ กลุ่มของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ถูกสร้างขึ้นโดยแคโทดโลหะร้อน โดยกระบวนการที่เรียกว่า thermionic emission
  • ในสารกึ่งตัวนำ (วัสดุที่ใช้ทำชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ทรานซิสเตอร์และแผงวงจรไฟฟ้า) นอกเหนือไปจากอิเล็กตรอน ที่ว่างในวงนอกสุดของอะตอมอันเนื่องจากการสูญเสียอิเล็กตรอน (เรียกว่า "โฮล") ทำตัวเป็นประจุบวกเคลื่อนที่ และถือว่าเป็นพาหะของประจุไฟฟ้าแบบหนึ่ง อิเล็กตรอนและโฮลเป็นพาหะของประจุไฟฟ้าในสารกึ่งตัวนำ

จะเห็นได้ว่าในตัวนำบางอย่าง เช่น ในสารละลายอิออนและในพลาสม่าจะมีพาหะของประจุไฟฟ้าทั้งบวกและลบ ดังนั้นกระแสไฟฟ้าที่ไหลในตัวนำดังกล่าว จะเกิดจากสองขั้วของพาหะที่ไหลในทิศทางตรงข้ามกัน ในตัวนำไฟฟ้าอื่น ๆ เช่น โลหะ มีพาหะเพียงขั้วไฟฟ้าเดียวเท่านั้น ไม่บวกก็ลบ ดังนั้นกระแสไฟฟ้าที่ไหลจึงเกิดในทิศทางเดียว