14.4 导电——主要种类
来源: 课堂笔记 §5.1.4
金属:凝固时原子放出最外层电子 → 形成自由的传导电子(「电子气」);带正电的原子实(失去外层电子的原子)排成规则的晶格,靠它们彼此的吸引把整体维系起来。
✎ 金属为何这么导电?——思路逐步。
- 放出的电子不再绑在某个原子上,而是在整个晶格中自由移动(像原子实之间的一团气体)——故称「电子气」。
- 加上电压后,导体内产生电场,对每个(带负电的)电子施力 → 电子整体朝同一方向漂移。
- 电流 = 单位时间内移动的传导电子的量。直观地:负极的电子「推」下一个(它们彼此排斥)——信号几乎以光速传过去,尽管单个电子漂移得很慢(像装满球的管子:后面推进一个,前面立刻掉出一个)。
其他种类*(考纲)*:电解质(液体中离子导电)、气体(气体放电,如闪电、荧光灯)、半导体(掺杂 Si/Ge,电子与「空穴」两种导电——二极管、晶体管、太阳能电池)、真空(热电子)、超导体(见 14.8)。
✎ 反面是绝缘体(Isolatoren):没有自由载流子(既无自由电子也无可动离子),常规电压下不导电;但在极高电压下可被「击穿」成导体——例如空气在静电起电机的火花或闪电中被电离。✎ 电解质细节:负离子流向正极、正离子流向负极——两种载流子同时参与导电。
两种电流方向:技术方向(+ → −,历史习惯,错误)和物理方向(− → +,电子的运动,正确)。
✎ 追问:技术方向明知是「错」的,为什么还沿用? 这个约定早于电子的发现:当时人们以为电流是一种流体(「电液」),自然从「多」(+)流向「少」(−)——莱顿瓶之所以做成瓶子形状,正因相信电是液体。直到 1897 年发现电子,才知道金属里真正移动的是带负电的电子(− → +)。但那时所有电路图与规范早已按 + → − 建立;而且对电路计算毫无影响(负电荷向一边流动 = 等量正电荷向另一边流动),所以技术界保留了旧约定。