Электрический ток в вакууме. В кристалле всегда имеются электроны, энергия которых достаточна для преодоления потенциального барьера на границе кристалла. При повышении температуры их число резко возрастает – явление термоэлектронной эмиссии. Если в окружающем металл вакууме существует электрическое поле, направленное к границе раздела, то через вакуум потечет ток (основа вакуумной электроники).

Даже при нулевом приложенном напряжении U=0 в цепи протекает слабый ток I₀ (некоторое число электронов, покинувших металл за счет его разогрева, обладает энергией, достаточной для пролета от катода до анода). С ростом приложенного напряжения U все большее число электронов, преодолевших потенциальный барьер на границе металла, ускоряется электрическим полем. Однако в этом случае закон Ома не выполняется:  – закон "трех вторых" Ленгмюра.

При достижении некоторого напряжения возрастание тока прекращается – он достигает предельного значения – тока насыщения I_н. Его величина определяется предельным числом термоэлектронов, которые покинут поверхность катода за единицу времени:  – формула Ричардсона-Дэшмана.

Электрический ток в газах. В нормальном состоянии газы являются изоляторами, свободные носители заряда в них отсутствуют. Если они возникают в результате воздействий внешних факторов ионизации, не связанных с электрическим полем (термическая ионизация, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, радиоактивное излучение) – несамостоятельный газовый разряд. Если же свободные носители возникают в результате процессов, обусловленных электрическим полем, – самостоятельный газовый разряд.

Процесс ионизации в газе сопровождается обратным процессом рекомбинации. В электрическом поле убывание ионов будет происходить и за счет перемещения ионов полем к электродам. Условие равновесия:

Δn_i = Δn_r + Δn_j = r·n²+ . где Δn – число пар ионов, возникающих или исчезающих из единицы объема газа за единицу времени .

В слабых полях плотность тока мала (Δn_r >> Δn_j), все носители заряда успевают рекомбинировать и , т.е. выполняется закон Ома. В сильных полях все носители заряда участвуют в проводимости: Δn_r << Δn_j и плотность тока достигает максимально возможного значения j = j_н – плотности тока насыщения.

С некоторого значения напряженности E = E_кр, начинается резкое лавинообразное нарастание тока в газе.

Если порождаемые ионизацией электроны и ионы за время свободного пробега в сильном электрическом поле приобретают кинетическую энергию, достаточную для ионизации при столкновении следующей молекулы, то происходит лавинообразное нарастание разрядного тока – самостоятельный газовый разряд.

Электрический ток в жидких средах. Процессы прохождения электрического тока через жидкости имеют характерную особенность – они сопровождаются химическими процессами в жидкой среде. Вещества, химически разлагающиеся на составные части при протекании электрического тока, называются электролитами. Разложение электролита на его составные части под действием электрического тока называется электролизом. Растворы, проводящие ток с химическими преолбразованиями, называются проводниками второго рода. Кроме жидких растворов, к проводникам второго рода относятся также расплавленные металлы, ионные кристаллы, стекла.

При включении электрического поля в электролите возникает электрический ток, образованный положительными и отрицательными ионами. Однако эти ионы существуют в растворах независимо от электрического тока: растворенные молекулы распадаются (диссоциируют) на заряженные части под влиянием процессов, происходящих в самом электролите. Это происходит из-за того, что молекулы электролита окружены полярными молекулами растворителя – сольватация (в случае воды гидратация), и сила взаимного притяжения ионов в молекуле уменьшится в ε раз. В результате теплового движения молекула может распасться на ионы – электролитическая диссоциация.

Во внешнем электрическом поле на беспорядочное тепловое движение накладывается упорядоченное встречное движение ионов, и в растворе возникает перенос зарядов в определенном направлении, то есть возникает электрический ток. Явление сольватации приводит к тому, что в электрическом поле движутся ионы, окруженные сольватными оболочками. Учитывая, что электрический ток в электролите создается катионами и анионами, можно определить его плотность в виде  (α – коэффициент диссоциации; концентрации ионов одинаковы, а заряды ионов по абсолютной величине равны) – для электролитов выполняется закон Ома. С повышением температуры электропроводность электролитов растет, так как возрастают и коэффициент диссоциации, и подвижности ионов.

Электропроводность электролитов зависит от концентрации раствора сложным образом. С ростом концентрации n₀ произведение αn₀ вначале растет (практически все молекулы диссоциированы, α ≈ 1, и преобладает влияние роста концентрации молекул растворенного электролита), а затем начинает уменьшаться (когда преобладает влияние уменьшения α → 0). В больших полях начинаются заметные отклонения от закона Ома.

Электрический ток в твердом теле. Существование свободных электронов в металлах связано с тем, что при образовании кристаллической решетки от атомов отделяются наиболее слабо связанные (валентные) электроны, которые становятся общей, "коллективной" собственностью всего вещества или тела. В идеальной решетке электроны не испытывали бы никакого сопротивления, и электропроводность металлов была бы бесконечно большой. Реальная кристаллическая решетка всегда содержит нарушения периодичности, связанные с наличием инородных – примесных атомов или вакансий (отсутствие атома в узле), а также с тепловыми колебаниями решетки.

Для металла ρ = ρ_тк + ρ_пр, где ρ_тк – удельное сопротивление, обусловленное тепловыми колебаниями ионов кристаллической решетки, ρ_пр – удельное сопротивление, обусловленное примесными атомами. Сопротивление ρ_тк уменьшается с понижением температуры и обращается в нуль при Т = 0, оно обуславливает зависимость ρ ~ T. ρ_пр при небольшой концентрации примесей не зависит от температуры – остаточное удельное сопротивление металла (при 0 К).

В полупроводниках валентная зона полностью заполнена при температуре абсолютного нуля, а ширина запрещенной зоны невелика. Электрическое поле не может перебросить электроны из валентной зоны в свободную зону проводимости, поэтому полупроводник ведет себя как диэлектрик. В результате теплового движения часть электронов переходит из валентной зоны в зону проводимости, и электрическое поле получает возможность менять энергетическое состояние электронов как в зоне проводимости, так и в валентной зоне.

Плотность тока

.

Электропроводность полупроводников , т.е. экспоненциально растет с температурой.