Ladningsbærere

Ladningsbærere er et samlebegrep for forskjellige strukturer som oppviser bevegelige elektriske ladninger. Elektrisk strøm er en forflytning av elektrisk ladning. Selve ladningene som forflyttes kan være bundet til endel forskjellige bevegelige strukturer, men selve ladningene utgår alltid fra de subatomære partiklene elektroner og protoner.

Elektronet

Den minste ladningsbæreren er elektronet, som oppviser en negativ ladning. Ladningens størrelse er en elementærladning, noe som betyr at vi ikke kjenner til noen strukturer som har mindre ladning enn denne. Elektronet er den viktigste ladningsbæreren i elektriske og elektroniske kretser; den er tilgjengelig i fri form i metaller og er meget lettbevegelig på grunn av sin lave masse. Elektronet er ladningsbæreren både i vanlig elektrisitet som også i elektronikk og i halvledere. Elektroner ledes i vacuum i elektronrør som radiorør og bilderør, samt i elektronmikroskop. Elektroner spiller hovedrollen også ved overspenninger i forbindelse med tordenvær (lynnoppslag) og andre gnister.

Protonet

Bevegelse av isolerte protoner, de positive motstykkene til elektronene, er en langt sjeldnere begivenhet. Protonene har mye større masse enn elektronene og sitter for det meste fast bundet i strukturen sin, som kan være et krystallgitter eller ikke. Ladningen er likevel den samme som for elektronet, men med positivt fortegn. Det er helst i menneskelig skapte maskiner at protoner beveges enkeltvis her på jorda, som i forskningsøyemed for partikkelfysikk. I sola er trykk og temperatur av en slik størrelsesorden at protonene ikke er fast bundet, men opptrer i et plasma. Protoner kan derfor være ladningsbærere på sola og i akseleratorer.

Atomer og molekyler

Siden elektroner kan være fritt bevegelige kan Atomer og molekyler ha et over- eller underskudd på antall elektroner i forhold til de fastsittende protonene, og kan derfor oppvise ladninger av begge polariteter. Hvis disse strukturene sitter fast, som de gjør i faste stoffer, kan de ikke bidra til strømledning. Oppløst i for eksempel vann kan slike strukturer danne egne mobile enheter som vi da kaller ioner. Positivt ladete ioner har underskudd av elektroner og kalles kationer. Anioner har overskudd av elektroner. Navnene er gitt av hva ionene tiltrekkes av; anode positiv og katode negativ. Begge typer ioner kan finnes i samme løsning og beveger seg da i motsatte retninger. Praktisk anvendelse finner vi fremfor alt i batterier og akkumulatorer, men også i galvanisk teknikk. Havvann leder strøm ved ioner.

Hull

I halvlederteknikk brukes den positive ladningsbæreren hull ved beregninger. Hull er ikke en fysisk ladningsbærer, men en teoretisk størrelse som er grei å bruke for dypere forståelse og beskrivelse av halvledere. Hull er et begrep som kun finner anvendelse i et krystallgitter der elektroner tilbys faste plasser som kan være besatte av et elektron eller være ledige. Hull er en annen betegnelse for en ledig plass; en mangel av et elektron. Når et elektron beveger seg ett hopp til høyre har den ledige plassen beveget seg ett hopp til venstre. Derfor anses hull som positivt ladete. Matematikken i halvledereteorien betrakter hullene, de ledige plassene, som egne ladningsbærere, og materialet kalles derfor bipolart. Hull og elektroner har forskjellige mobiliteter, hvor hull er noe tregere enn elektroner. Den typen ladningsbærer som det er flest av i halvlederen, kalles majoritetsbæreren og får enten P (positiv, hull) eller N (negativ, elektroner) som betegnelse.

Antipartikler

Antipartikler utgjør sjeldne, eksotiske avvik. Positronet er antipartikkelen til elektronet; den har samme masse men har positiv ladning lik elektronets i størrelse. Antiprotonet har samme masse som protonet, men ladningen er lik elektronets. Disse to partiklene har meget kort levetid idet de forvandles til strålingsenergi når de treffer sine allestedsnærværende motstykker her på jorda. Disse partiklene oppstår ved radioaktivitet og ved kollisjoner i akseleratorer.