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物體傳導電流的能力叫做導電性。各種金屬的導電性各不相同,通常銀的導電性最好,其次是銅和金。固體的導電是指固體中的電子或離子在電場作用下的遠程遷移,通常以一種類型的電荷載體為主,如:電子導體,以電子載流子為主體的導電;離子導電,以離子載流子為主體的導電;混合型導體,其載流子電子和離子兼而有之。除此以外,有些電現象並不是由於載流子遷移所引起的,而是電場作用下誘發固體極化所引起的,例如介電現象和介電材料等。

1概述

導電性electric conductivity )
金屬導電性
electrical conductivity of metals
dǎo diàn  [electric conduction;to conduct electricity]  讓電流通過。

2解釋

物體導電的能力。一般來說金屬、半導體、電解質和一些非金屬都可以導電。非電解質物體導電的能力是由其原子外層自由電子數以及其晶體結構決定的,如金屬含有大量的自由電子,就容易導電,而大多數非金屬由於自由電子數很少,故不容易導電。石墨導電,金剛石不導電,這就是晶體結構原因。電解質導電是因為離子化合物溶解或熔融時產生陰陽離子從而具有了導電性。

3理論

最早的金屬導電理論是建立在經典理論基礎上的特 魯德一洛倫茲理論。假定在金屬中存在有自由電子,它 們和理想氣體分子一樣,服從經典的玻耳茲曼統計,在 平衡條件下,雖然它們在不停地運動,但平均速度為 零。有外電場存在時,電子沿電場力方向得到加速度a:叢 』 優 J 產生定向運動,同時電子通過碰撞與組成晶格的離子實交換能量,而失去定向運動,從而在一定電場強度下, 有一平均漂移速度l,。假定碰撞概率為1/r(r又稱為自 由運動時間),則有 D=衛E ,,z 而電流密度J=,zg。=蘭荔三J57 與歐姆定律相比較,有 仃:巫 m 經典理論成功地說明了歐姆定律,導出熱導與電導之間 相互聯繫的維德曼一夫蘭茲定律,但同時也遇到了根本 性的困難。。根據經典理論,金屬中自由電子對熱容量的 貢獻應與晶格振動的熱容量可以相比擬,但是在實驗上 並沒有觀察到,這個矛盾在認識到金屬中的電子應遵從量子的費米統計規律以後得到了解決。根據費米統計, 只有在費米面附近的很少一部分電子對比熱容有貢獻。 另一個困難是根據實驗上得到的金屬電導率數值估算出 的電子平均自由程約等於幾百個原子間距,而按照經典 理論,不能解釋電子為什麼會有如此長的自由程。正是 為了解決這個矛盾,結合量子力學的發展,開始系統研 究電子在晶體周期場中的運動,從而逐步建立了能帶理 論。按照能帶理論,在嚴格周期性勢場中運動的電子, 保持在一個本徵態中,電子運動不受到「阻力」,只是 當原子振動、雜質缺陷等原因使晶體勢場偏離周期場, 使電子運動發生碰撞散射,從而對晶體中電子的自由程 給出了正確的解釋。一般金屬的電阻是由於晶格原子振 動對電子的散射引起的。散射概率與原子位移的平方成正比,在足夠高的溫度下與溫度丁成正比;在低溫下, 只有那些低頻的晶格振動,也就是長聲學波,才能對散 射有貢獻,而且隨著溫度降低,有貢獻的晶格振動模式 的數量不斷減少,呈現出金屬電阻率在低溫極限將隨 丁。變化。實際材料中存在有雜質與缺陷,也將破壞周 期性勢場,引起電子的散射。金屬中雜質和缺陷散射的 影響,一般說來是不依賴於溫度丁的,而與雜質和缺陷 的密度成正比,它們是產生剩餘電阻的原因。稀磁合金 材料極低溫下出現的電阻極小,是電子被磁性雜質散射 時伴隨有自旋變化的結果,稱為近藤效應。在費米統計 和能帶論的基礎上,發展了金屬電導的現代理論。 (韓汝琦) 金屬導電性eleetrieal eo耐uctivity of metals金 屬具有良好的導電性,其電導率a在1護9一『·cm一『以 上。 根據歐姆定律,金屬中的電流密度j正比於電場強度E,有 j二改忍 。一般為二階張量,電導率的倒數稱為電阻率。 金屬的導電性與溫度有關。通常情況下,金屬電阻 率正比於溫度T。在低溫時,許多金屬材料的電阻率隨 溫度按T「規律變化。在極低溫的液氦溫度範圍,含有 微量磁性雜質的稀磁合金材料大都在電阻隨溫度變化曲 線上出現極小值。金屬同時是一個良好的導熱體。維德曼一夫蘭茲定律表明,金屬的熱導率k與電導率。之比 正比於溫度T,即 k/a二LT 式中L=2.22x10一8V2/K「,L為一常數,稱洛倫茲數。 按照馬德森定則,包含少量雜質或缺陷的金屬材料,其電阻率P可以寫成: P一P0+P(約 爪約為電阻率中與溫度有關的部分;P0為與溫度無關 的部分,表示雜質與缺陷的影響,是當溫度T趨向OK 時的電阻值,稱為剩餘電阻

4不導電體

金屬和非金屬的區別 從化學性質看金屬是金屬鍵連接,而非金屬是靠離子鍵或共價鍵連接.從物理性質看,金屬一般具有導電性,有金屬光澤,有延展性.並且大多數是固體只有汞常溫下是液體.而非金屬大多是絕緣體,只有少數非金屬是導體(碳)或半導體(硅).但是由於科學技術的高速發展,它們之間的區別也越來越不明顯. 納米技術的發展更使金屬和非金屬之間的區別越來越小.
金屬一般具有導電性,可見有不導電的金屬。

5固體分析

金屬
金屬具有良好的導電性,其電導率在10歐·厘米以上。金屬中的電流密度J可寫成電子電荷e、電子的平均漂移速度尌和電子濃度n的乘積,即。可定義電子平均速度與電場強度E的比值為電子遷移率。這樣一來,電導率σ可表為σ=neμ。在歐姆定律成立的條件下,遷移率μ與電場強度無關,決定於材料的性質。最早提出的金屬導電理論是P.K.L.德魯德的經典理論。假定金屬中價電子在電場中以同樣方式運動,通過碰撞與組成點陣的離子實交換能量;在兩次碰撞之間,電子被電場加速。電子在碰撞與加速這兩種作用之下,具有一定的平均速度,即一定的遷移率,從而能解釋歐姆定律。類似的考慮應用到熱導理論,可以解釋維德曼-夫蘭茲定律,但德魯德的理論不能解釋金屬電導率與溫度的依賴關係,也不能解釋電子具有幾百個原子間距的長自由程的實驗事實。這些矛盾直到人們用量子理論系統地研究了電子在晶體中運動的能帶理論才得到了解決(見固體的能帶)。能帶論指出,導體、半導體、絕緣體導電性是由於它們的能帶結構不同造成的。金屬導體具有未被電子填滿的能帶,這種帶中的電子能起導電作用,稱為導帶。能帶理論還指出,在嚴格的周期性勢場中,電子可保持處於某個本徵態,且不隨時間改變,也就是說,在嚴格的周期性勢場中電子具有無限長的自由程,不會受到散射。因此,金屬中的電阻並不是由於電子與周期排列的原子的碰撞,而是由於原子在平衡位置附近的熱振動(點陣振動)。使嚴格的周期性勢場遭到破壞,引起散射的結果。考慮了電子與點陣振動的相互作用,即電子-聲子相互作用之後,理論才很好地解釋了電導率與溫度的關係,以及電子具有幾百個原子間距的長自由程的實驗事實。經驗表明,金屬的電阻率與溫度的關係大致上可用一個普適函數來表示, 式中ΘR是一個特徵函數,接近於德拜溫度(見德拜模型),T是絕對溫度。函數f在高溫時趨於1,低溫下正比於(T/ΘR)。即在高溫時,電阻率正比於T,低溫下正比於T
不僅電子與點陣振動相互作用是固體電阻的起因,點陣的不完整性,如缺陷、雜質的存在也破壞了嚴格的周期性勢場,也是電阻的起因。這種原因引起的電阻一般與溫度無關,在低溫下這部分電阻保持不變,不會消失,稱為剩餘電阻。如圖所示,為鈉在低溫時由於點陣缺陷散射機制引起的剩餘電阻。有些金屬和合金,在極低溫度下電阻率會突然降到零,在此轉變溫度下的物質叫做超導體(見超導電性)。
絕緣體
通常把電導率小於10歐/厘米的材料稱作絕緣體。從能帶理論的觀點來看,絕緣體與半導體的區別僅在於絕緣體的禁帶寬度比半導體大,因此絕緣體中載流子濃度非常小,決定了絕緣體的電導率很小。

離子晶體和非導態固體

對某些離子晶體,還存在另一種導電機制──離子導電。它是靠外電場作用下正負離子的移動引起電流的。通常,離子電導率很小。
上述的固體電導都是指晶態固體,對於非晶態固體的電導還有自己的特點,見非晶態材料、非晶態半導體、非晶態電介質。

6導電性

金屬在20℃時的電阻率為:
材料電阻率(ρ/ nΩ·m)
銀 15.86
銅 16.78
金 24
鋁 26.548
鈣 39.1
鈹 40
鎂 44.5
鋅 51.96
鉬 52
銥 53
鎢 56.5
鈷 66.4
鎘 68.3
鎳 68.4
銦 83.7
鐵 97.1
鉑 106
錫 110
銣 125
鉻 129
鎵 174
鉈 180
銫 200
鉛 206.84
銻 390
鈦 420
汞 984
錳 1850
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