一、什么是導體?
導體是指電阻率很小且易于傳導電流的物質(zhì)。導體中存在大量可自由移動(dòng)的帶電粒子稱(chēng)為載流子。在外電場(chǎng)作用下,載流子作定向運動(dòng),形成明顯的電流。
金屬是最常見(jiàn)的一類(lèi)導體。金屬原子最外層的價(jià)電子很容易掙脫原子核的束縛,而成為自由電子,留下的正離子(原子實(shí))形成規則的點(diǎn)陣。金屬中自由電子的濃度很大,所以金屬導體的電導率通常比其他導體材料的大。
金屬導體的電阻率一般隨溫度降低而減小。在極低溫度下,某些金屬與合金的電阻率將消失而轉化為“超導體”。
二、導體的分類(lèi):
第一類(lèi)導體
金屬和石墨是最常見(jiàn)的一類(lèi)導體。
金屬和石墨中的原子核和內層電子構成原子實(shí),規則地排列成點(diǎn)陣,而外層的價(jià)電子容易掙脫原子核的束縛而成為自由電子,它們構成導電的載流子。金屬和石墨中自由電子的濃度很大,每立方厘米約1022個(gè),因此金屬和石墨的電阻率很小,電導率很大。金屬和石墨的電阻率為10-8—10-6歐·米,一般隨溫度降低而減小。金屬和石墨導電過(guò)程中不引起化學(xué)反應,也沒(méi)有顯著(zhù)的物質(zhì)轉移,稱(chēng)為第一類(lèi)導體。
第二類(lèi)導體
電解質(zhì)的溶液或稱(chēng)為電解液的熔融電解質(zhì)也是導體,其載流子是正負離子。
實(shí)驗發(fā)現,大部分純液體雖然也能離解,但離解程度很小,因而不是導體。如純水的電阻率高達104歐·米,比金屬的電阻率大1010—1012倍。但如果在純水中加入一點(diǎn)電解質(zhì),離子濃度大為增加,使電阻率大為降低,成為導體。電解液的電阻率比金屬的大得多,這是因為電解液中的載流子濃度比金屬小得多,而且離子與周?chē)橘|(zhì)的作用力較大,使它在外電場(chǎng)中的遷移率也要小得多。電解液在通電過(guò)程中伴隨有化學(xué)變化,且有物質(zhì)的轉移,稱(chēng)為第二類(lèi)導體。它常應用于電化學(xué)工業(yè),如電解提純、電鍍等。而把導電過(guò)程中不引起化學(xué)變化,也沒(méi)有顯著(zhù)物質(zhì)轉移的導體,如金屬、石墨,稱(chēng)為“第一類(lèi)導體”。
氣體導體
電離的氣體也能導電(氣體導電),其中的載流子是電子和正負離子。
通常情形下,氣體是良好的絕緣體。如果借助于外界原因,如加熱或用X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)或紫外線(xiàn)照射,可使氣體分子離解,因而電離的氣體便成為導體。電離氣體的導電性與外加電壓有很大關(guān)系,且常伴有發(fā)聲、發(fā)光等物理過(guò)程。電離氣體常應用于電光源制造工業(yè)。氣體由于外界電離劑作用下的導電稱(chēng)為氣體的非自持放電。隨著(zhù)外加電壓增大,電流亦增大,電壓增大到一定值時(shí)非自持放電達到飽和,繼續再增加電壓到某一定值后電流突然急劇增加,這時(shí)即使撤去電離劑,仍能維持導電,氣體就由非自持放電過(guò)渡到自持放電。氣體自持放電的特性取決于氣體的種類(lèi)、壓強、電極材料、電極形狀、電極溫度、兩極間距離等多種因素。條件不同,自持放電采取不同的形式,有輝光放電、弧光放電和電暈放電等。氣體的非自持放電和自持放電有許多實(shí)際應用。
其他導電介質(zhì)
電的絕緣體又稱(chēng)為電介質(zhì)。
它們的電阻率極高,比金屬的電阻率大1014倍以上。絕緣體在某些外界條件(如加熱、加高壓等)影響下,會(huì )被“擊穿”,而轉化為導體。絕緣體或電介質(zhì)的主要電學(xué)性質(zhì)反映在電導、極化、損耗和擊穿等過(guò)程中。
現今通常把例如鍺(Ge)、硅(Si)等一類(lèi)導體稱(chēng)為半導體。這類(lèi)導體的電阻率介乎金屬與絕緣體之間,且隨溫度的升高而迅速減小。這類(lèi)材料中存在一定量的自由電子和空穴,后者可看作帶有正電荷的載流子。與金屬或電解液的情況不同,半導體中雜質(zhì)的含量以及外界條件的改變(如光照,或溫度、壓強的改變等),都會(huì )使它的導電性能發(fā)生顯著(zhù)變化。
指導電材料在溫度接近絕對零度的時(shí)候,物體分子熱運動(dòng)下材料的電阻趨近于0的性質(zhì)。“超導體”是指能進(jìn)行超導傳輸的導電材料。
