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的帶電粒子稱為載流子。在外電場作用下,載流子作定向運動,形成明顯的電流。
金屬是最常見的一類導體。金屬原子最外層的價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)形成規(guī)則的點陣。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(zhuǎn)化為“超導體”。
二、導體的分類:
第一類導體
金屬和石墨是最常見的一類導體。
金屬和石墨中的原子核和內(nèi)層電子構(gòu)成原子實,規(guī)則地排列成點陣,而外層的價電子容易掙脫原子核的束縛而成為自由電子,它們構(gòu)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,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。金屬和石墨導電過程中不引起化學反應(yīng),也沒有顯著的物質(zhì)轉(zhuǎn)移,稱為第一類導體。
第二類導體
電解質(zhì)的溶液或稱為電解液的熔融電解質(zhì)也是導體,其載流子是正負離子。
實驗發(fā)現(xiàn),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,而且離子與周圍介質(zhì)的作用力較大,使它在外電場中的遷移率也要小得多。電解液在通電過程中伴隨有化學變化,且有物質(zhì)的轉(zhuǎn)移,稱為第二類導體。它常應(yīng)用于電化學工業(yè),如電解提純、電鍍等。而把導電過程中不引起化學變化,也沒有顯著物質(zhì)轉(zhuǎn)移的導體,如金屬、石墨,稱為“第一類導體”。
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、γ射線或紫外線照射,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)光等物理過程。電離氣體常應(yīng)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為氣體的非自持放電。隨著外加電壓增大,電流亦增大,電壓增大到一定值時非自持放電達到飽和,繼續(xù)再增加電壓到某一定值后電流突然急劇增加,這時即使撤去電離劑,仍能維持導電,氣體就由非自持放電過渡到自持放電。氣體自持放電的特性取決于氣體的種類、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際應(yīng)用。
其他導電介質(zhì)
電的絕緣體又稱為電介質(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,會被“擊穿”,而轉(zhuǎn)化為導體。絕緣體或電介質(zhì)的主要電學性質(zhì)反映在電導、極化、損耗和擊穿等過程中。
現(xiàn)今通常把例如鍺(Ge)、硅(Si)等一類導體稱為半導體。這類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),都會使它的導電性能發(fā)生顯著變化。
指導電材料在溫度接近絕對零度的時候,物體分子熱運動下材料的電阻趨近于0的性質(zhì)。“超導體”是指能進行超導傳輸?shù)膶щ姴牧稀?/p>