Електропровідність гірських порід.

Лекція № 10 - 11

Електричні властивості гірських порід.

Загальні положення.

Електродинаміка вивчає взаємодію електричних і магнітних полів з гірською породою.

Електричне поле виявляється в силовій дії на заряджені тіла і частинки. Величина і напрям дії електричних сил в будь-якій точці простору визначається напруженістю електричного поля Е.

Електричне поле характеризується так - же роботою, яку воно може вчинити. Як показник цієї роботи прийнято користуватися потенціалом γ .

Різниця потенціалів між двома точками поля називається напругою U.

Напруженість поля Езалежить від властивостей середовища, вплив якої враховується в законі Кулона:

F = Q₁ * Q₂ * r² / 4πεa,

де F –сила взаємодії двох зарядів Q₁і Q₂;

εа –коефіцієнт, що враховує властивості середовища і називається абсолютною діелектричною проникністю;

r – відстань між зарядами.

εа = ε * ε₀, де

ε– відносна діелектрична проникність досліджуваної речовини;

ε₀– коефіцієнт пропорційності між силою взаємодії і величиною зарядів, розташованих у вакуумі = 8,85, вона показує в скільки разів напруженість поля в породі менше ніж у вакуумі. Перенесення зарядів з однієї точки провідника в іншу здійснюється електронами і іонами, називається струмом провідності.

Проходження струму через породи може здійснюватися з перенесенням (іонна і іонно-електронна провідність) і без перенесення речовини (електронна і дірчаста провідність).

По величині електропровідності всі речовини діляться на провідники, напівпровідники і діелектрики.

Квантова теорія пояснює різну електропровідність відмінностями в енергетичній схемі кристалів

а) провідники б) напівпровідники в) діелектрики

1 – валентна зона

2 – зона провідності

3 – заборонена зона.

Вільним носієм струму може стати або електрон, видалений від ядра атома на велику відстань і що знаходиться в зоні провідності. Для того, щоб електрон міг потрапити в зону провідності необхідно, деяка енергетична дія. Величина цієї дії залежить від ширини забороненої зони, що відділяє валентну зону від зони провідності. В провідниках ця зона відсутня, вони легко переходять в зону провідності і стають здатними переносити заряди.

В напівпровідниках ця зона має певну ширину, визначена кількістю енергії затрачуваної електроном для того, щоб він перейшов в зону провідності. Для напівпровідників 1 – 3 електрон-вольти. При цьому електрони можуть перейти в зону провідності, перевищуючи енергію Q.

В діелектриках заборонена зона має ширину, роботою, яка перевищує роботу, що вимагається на відрив іона від вузла кристалічних грат, що характеризується (до 8 електрон-вольта і більш).

Тому провідність металів і напівпровідників – електронна, а провідність діелектриків – іонна. Будь-які домішки в діелектриках збільшують їх електропровідність.

Підвищення температури зменшує електропровідність провідників, оскільки збільшені теплові коливання іонів грат гальмують рухи електронів. В діелектриках відбувається зворотне явище. З підвищенням температури рухливість іонів збільшується, зростає їх кінетична енергія і полегшується відрив іонів від грат.