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從微觀物理過(guò)程理解導(dǎo)體的導(dǎo)電性

電荷在電壓的驅(qū)動(dòng)下定向移動(dòng)形成電流，電荷在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)受到的阻礙就叫做電阻。1826年，德國(guó)的物理學(xué)家歐姆用他發(fā)明的儀器證明對(duì)于外形固定的導(dǎo)電介質(zhì)，其兩端電勢(shì)差（電壓）和通過(guò)的電流大小成正比，即呈歐姆定律關(guān)系：U=IR。因此人們把電阻定義為通電介質(zhì)兩端的電壓與其通過(guò)的電流之比，即R=U/I。為了紀(jì)念歐姆的貢獻(xiàn)，電阻的單位被命名為歐姆，為希臘字母Ω。

電荷在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)會(huì)受到各種阻礙，比如材料內(nèi)部原子的熱振動(dòng)、材料中的雜質(zhì)和缺陷、材料內(nèi)部的磁性結(jié)構(gòu)等等。不同材料內(nèi)部原子類(lèi)型和排列方式多種多樣，這將導(dǎo)致它們的電阻率不同。此外，外部環(huán)境如溫度、壓力、磁場(chǎng)等也會(huì)改變料內(nèi)部的電子態(tài)，使得材料的電阻率發(fā)生變化。根據(jù)材料電阻率從大到小，可以劃分為絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體和超導(dǎo)體。常見(jiàn)的絕緣體有玻璃、橡膠、陶瓷、塑料等。干燥的大氣一般也是絕緣體，但是雷雨天氣下空氣濕度很大，其中含有的正負(fù)離子也比較多，這時(shí)的空氣經(jīng)是導(dǎo)體了，在云層高壓作用下可以產(chǎn)生閃電。因此，如果單純用電阻率大小來(lái)劃分的話，絕緣體和半導(dǎo)體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體之間的界限并不是十分明確。

區(qū)分導(dǎo)電介質(zhì)的類(lèi)型還可以通過(guò)電阻率隨溫度變化的行為來(lái)判斷：隨著溫度的降低，到低溫下電阻率迅速增加甚###急劇發(fā)散的一般為絕緣體；低溫下電阻率不斷呈指數(shù)增加的為半導(dǎo)體；電阻率隨溫度下降而逐漸下降###終在低溫下達(dá)到飽和值的為導(dǎo)體；當(dāng)溫度下降到一D程度，電阻率突然降為零的為超導(dǎo)體。

從微觀的物理過(guò)程可以簡(jiǎn)單地理解如下：絕緣體中可以自由移動(dòng)的電子非常少，且電子很容易被其他東西束縛住，要擺脫它們的束縛需要付出相當(dāng)多大能量，因動(dòng)能減小，溫度越低效應(yīng)越明顯，因此絕緣體電阻率將會(huì)隨溫度降低而迅速增加。對(duì)于半導(dǎo)體，其中有一小部分電子可以自由移動(dòng)，電子在外部電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下可以略顯艱難地定向移動(dòng)；對(duì)于導(dǎo)體而言，其中含有大量的可以自由移動(dòng)的電子，一旦外界電場(chǎng)建立形成電勢(shì)差，就可以驅(qū)動(dòng)這些電子定向移動(dòng)形成電流，電子運(yùn)動(dòng)過(guò)程受到的阻礙主要來(lái)自周?chē)訜嵴駝?dòng)的干擾和材料中的雜質(zhì)和缺陷等的影響，溫度降低導(dǎo)體的電阻將減小。對(duì)于超導(dǎo)體，在比較高的溫度下其中電子運(yùn)動(dòng)行為和導(dǎo)體比較類(lèi)似，但是一旦降到足夠低的溫度，一些電子將會(huì)“結(jié)伴而行”形成配對(duì)的電子對(duì)，這些電子對(duì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可以相互配合輕松地繞過(guò)雜質(zhì)和缺陷的阻礙或者使它們受到阻礙的效果相互抵消，這樣整體來(lái)看電子運(yùn)動(dòng)就是暢通無(wú)阻的“零電阻”狀態(tài)。

首頁(yè) > 電工基礎(chǔ) > 日期：2022-6-25 來(lái)源：Internet 作者：yq 瀏覽量：