导体和绝缘体

natasha2008

导体和绝缘体
善于传导电流的物质称为导体，不善于传导电流的物质称为绝缘体。

导体 导体中存在大量可以自由移动的带电物质微粒，称为载流子。在外电场作用下，载流子作定向运动，形成了明显的电流。金属是最常见的一类导体（见电子导电）金属原子最外层的价电子很容易挣脱原子核的束缚，而成为自由电子，留下的正离子（原子实）形成规则的点阵。金属中自由电子的浓度很大,约为1022每立方厘米，所以金属导体的电导率通常比其他导体材料的大。金属导体的电阻率约为10-8～10-6Ω·m,且一般随温度降低而减小。在极低温度下，某些金属与合金的电阻率将消失而转化为“超导体”。

电解质的水溶液及熔融电解质也是导体（见离子导电、电解液导电），其中的载流子是正负离子。实验发现，大部分纯液体虽然也能离解，但离解程度很小，所以并不是导体。例如纯水，其电阻率高达104Ω·m。但是，如果在纯水中加入电解质，其离子浓度将大为增加（约可达10τ每立方厘米）,从而使电阻率大为降低（约10-1Ω·m），便成为导体。电解液的电阻率比金属大得多，这不仅是因为电解液中离子浓度比金属中自由电子浓度小，而且因为其离子与周围媒质的作用力较大，使它在外电场中的迁移率小得多。电解液在通电过程中伴随着化学变化,因此,它常应用于电化学工业（如电解提纯、电镀等），并把它称为“第二类导体”，而把导电过程中不引起化学变化,也没有显著物质转移的导体,如金属，称为“第一类导体”。

电离的气体也能导电（气体导电），其中的载流子是电子和正负离子。在通常情况下，气体是良好的绝缘体。但是如果借助于外界原因（如加热，用X射线、γ射线或紫外线照射），可使气体分子离解，因而电离的气体便成为导体。电离气体的导电性与外加电压有很大的关系，且常伴有发声、发光等物理过程。电离气体常应用于电光源制造工业。

绝缘体 电的绝缘体又称为电介质。它们的电阻率极高，约为108～10τΩ·m，比金属的电阻率大1014倍以上。绝缘体的种类很多，有固体，如塑料、橡胶、玻璃、陶瓷、云母、绝缘漆、绝缘纸等；有液体，如各种天然矿物油、硅油、三氯联苯等；有气体，如空气、氮、二氧化碳、六氟化硫等。固态绝缘体广泛应用于导线和电工设备的绝缘；作为电容器极板间的填充材料，以增加它的电容值。潮湿气体会大大减小绝缘体的电阻率，但大部分绝缘体具有防湿能力。液态绝缘体主要应用于大功率断路器、变压器及某些电缆等电工设备中，这时不仅利用其电绝缘作用，而且还利用液体对流所起的散热作用。

绝缘体在某些外界条件（如加热、加高压等）影响下,会被“击穿”，而转化为导体。在未被击穿之前,绝缘体也不是绝对不导电的物体。如果在绝缘材料两端施加电压，材料中将会出现微弱的电流。绝缘材料中通常只有微量的自由电子，在未被击穿前参加导电的带电粒子主要是本征离子和杂质离子。本征离子是由于热运动而离解出来的离子，杂质离子是由于杂质离解产生的。绝缘体或电介质的主要电学性质反映在电导、极化、损耗和击穿等过程中。

半导体 现今通常把例如锗(Ge)、硅(Si)等一类导体称为半导体。这类导体的电阻率介乎金属与绝缘体之间，且随温度的升高而迅速减小。这类材料中存在一定量的自由电子和空穴，后者可看作带有正电荷的载流子。与金属或电解液的情况不同，半导体中杂质的含量以及外界条件的改变（如光照,或温度、压强的改变等）,都会使它的导电性能发生显著变化。由于这些特点，半导体在实际中有着非常广泛的应用。固体物质所以能够区分为导体、半导体或绝缘体，可以从能带理论得到解释（见固体的能带）。