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材料導(dǎo)電理論的內(nèi)容是什么

電荷在電壓的驅(qū)動下定向移動形成電流，電荷在介質(zhì)中運(yùn)動受到的阻礙就叫做電阻。1826年，德國物理學(xué)家歐姆發(fā)現(xiàn)：對于外形固定的導(dǎo)電介質(zhì)，其兩端電勢差（電壓）和通過的電流大小成正比，即歐姆定律：U=IR。因此可以把電阻定義為通電介質(zhì)兩端的電壓與其通過的電流之比，即R=U/I。電阻的單位就是歐姆，為希臘字母Ω。如果剔除電阻中長度和橫截面積等形狀因素的影響，那么就可以得到只跟材料材質(zhì)本身有關(guān)的物理量——電阻率，單位為歐姆*米，符號為Ω*m。

不同的材料電阻率一般不同，這是因為電阻率是由材料內(nèi)部性質(zhì)決定的。電荷在介質(zhì)中運(yùn)動會受到各種阻礙，比如材料內(nèi)部原子的熱振動、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、磁場等也會改變料內(nèi)部的電子態(tài)，使得材料的電阻率發(fā)生變化。一些常見材料在室溫下的電阻率如下（單位：微歐*米）：銀 0.016、銅 0.0172、金 0.022、鋁 0.029、鋅 0.059、鐵 0.0978、鉛 0.206、汞 0.958、碳 25，白熾燈工作時電阻一般為0.1-2歐姆*米。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。常見的絕緣體有玻璃、橡膠、陶瓷、塑料等。如果單純用電阻率大小來劃分的話，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。比如說植物一般都屬于絕緣體，但是植物的組織液里面也含有電解質(zhì)可以導(dǎo)電，在通高壓電狀態(tài)下的植物同樣可以觀察到多彩美麗的電流。
區(qū)分導(dǎo)電介質(zhì)的類型可通過電阻率隨溫度變化的行為來判斷：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。當(dāng)然，如果要嚴(yán)格劃分它們，則必須從微觀的物理過程來定義。我們可以簡單地理解如下：絕緣體中可以自由移動的電子非常少，而其中束縛電子運(yùn)動的“暗礁”和“陷阱”非常多，要擺脫它們的束縛需要付出相當(dāng)多的“買路財”——能量。電子在絕緣體中運(yùn)動一般都只能從這個“陷阱”跳到另一個“陷阱”，因此整個跳躍過程需要付出巨大的能量。當(dāng)冷卻到低溫時，大部分電子都“身陷囹圄”又難以獲得能量來“越獄”而只能安分守己呆著不動，因此電阻率將會隨溫度降低而迅速增加；對于半導(dǎo)體，其中有一小部分電子可以自由移動，而相應(yīng)的“陷阱”也要淺一些，因此電子在外部電場的驅(qū)動下可以略顯艱難地定向移動；對于導(dǎo)體而言，其中含有大量的可以自由移動的電子，一旦外界電場建立形成電勢差，就可以驅(qū)動這些電子定向移動形成電流，電子運(yùn)動過程受到的阻礙大部分來自周圍原子熱振動的干擾和小部分崎嶇坎坷的路面——材料中的雜質(zhì)和缺陷等的影響。當(dāng)導(dǎo)體被冷卻到低溫時，原子的熱振動將大大減慢，電子運(yùn)動將主要受到雜質(zhì)和缺陷的影響，因此電阻率趨于一個###小值不變；對于超導(dǎo)體，在比較高的溫度下其中電子運(yùn)動行為和導(dǎo)體比較類似，但是一旦降到足夠低的溫度，一些電子將會“結(jié)伴而行”形成配對的電子對，這些電子對在運(yùn)動過程中可以相互配合輕松地繞過雜質(zhì)和缺陷的阻礙或者使它們受到阻礙的效果相互抵消，這樣整體來看電子運(yùn)動就是暢通無阻的“零電阻”狀態(tài)。進(jìn)入零電阻狀態(tài)對應(yīng)的溫度叫做超導(dǎo)臨界溫度。

首頁 > 電工基礎(chǔ) > 日期：2022-6-25 來源：Internet 作者：yq 瀏覽量：