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從微觀物理過程理解導(dǎo)體的導(dǎo)電性

電荷在電壓的驅(qū)動下定向移動形成電流，電荷在介質(zhì)中運動受到的阻礙就叫做電阻。1826年，德國的物理學(xué)家歐姆用他發(fā)明的儀器證明對于外形固定的導(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。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。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)的類型還可以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。

從微觀的物理過程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，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，因動能減小，溫度越低效應(yīng)越明顯，因此絕緣體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，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，電子運動過程受到的阻礙主要來自周圍原子熱振動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。對于超導(dǎo)體，在比較高的溫度下其中電子運動行為和導(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動就是暢通無阻的“零電阻”狀態(tài)。

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