导体和绝缘体

导体和绝缘体(详解3篇)

时间:2024-02-11 20:52:21

  导体和绝缘体详解(一):

  导体是指电阻率很小且易于传导电流的物质。常见的导体有:金属、大地、人体、石墨、酸、碱、盐水溶液等。不善于传导电流的物质称为绝缘体,绝缘体又称为电介质。常见的绝缘体有:陶瓷、干木头、橡胶、塑料制品、空气、纯净的水、玻璃等。

  导体主要用来做电缆,因为半导体单向导电的特性,主要是制成有特殊功能的元器件,如晶体管、集成电路、整流器、激光器等。绝缘体主要用来做家用电器的外壳、电工手套、开关、以及电容器等。在高压电压传输环境中的,一般是陶瓷绝缘体或合成绝缘体。

  导体和绝缘体详解(二):

  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。

  导体导体中存在很多能够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,构成了明显的电流。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)构成规则的点阵。金属中自由电子的浓度很大,约为10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1~10Ω·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10Ω·m。可是,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10Ω·m),便成为导体。电解液的电阻率比金属大得多,这不仅仅是因为电解液中离子浓度比金属中自由电子浓度小,并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,所以,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”。

  特点

  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。在通常情景下,气体是良好的绝缘体。可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10~10τΩ·m,比金属的电阻率大10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本事。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,这时不仅仅利用其电绝缘作用,并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。绝缘材料中通常仅有微量的自由电子,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。这类材料中存在必须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景不一样,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十分广泛的应用。固体物质所以能够区分为导体、半导体或绝缘体,能够从能带理论得到解释(见固体的能带)。

  导体和绝缘体详解(三):

  从微观角度来看,导体和绝缘体的差别在于其中电子的能量和动量分布不一样。按照量子力学的观点,电子在独立原子中的能量分布不是连续的,而是一个个离散的能级。在固体材料内部的原子是按照一D空间规律排列的,原子和原子之间存在化学键形式的相互作用,而原子核外的电子也将因周边原子的“干扰”,这样原先的每个离散能级将会在其附近劈裂。固体中原子个数是阿伏伽德罗常数量级,这样电子的能级就会在附近劈裂成如此量级之多的一系列准连续的能级,从而构成了由原先的一个个离散能级展宽成一条条准连续的“能带”。电子在能带中的填充情景就决定了材料的导电本事:电子只允许有在能带上对应的能量,而对于带间的能量是被禁止的,电子能否被电场顺利驱动就取决于电子是否能够顺利跃迁到适宜的能带上。

  我们首先要认识到材料中电子是在不断朝杂乱无章的方向运动的,导电的原因在于外界电场的驱动使得电子在电场方向上存在团体运动。对于导体,在能量填充###高的能带上有很多的电子占据,但又不是满占据,所以在外部电场驱动下,电子团体获得电场方向恒定动量(即相当于附加一个小能量)后仍然能够在该能带找到适宜的占据态从而到达导电的目的,该能带称之为导带;对于绝缘体,电子填充的###高能带是满的(称之为价带),而再往上的能带则是空的,能带之间存在很大的能量宽度——“带隙”,电子要团体运动起来就必须克服这个能量间隙才能跃迁到上头的空带上,由于这个能量尺度很大,这就大大限制电子跃迁从而导电本事很差。###于半导体则介于导体和绝缘体之间,价带和导带之间的带隙比较小,能量较高的电子能够借助热激发等因素跃迁到导带上去,而在价带上留下一个电性相反的“空穴”,电子和空穴都能够在相应的能带中找到准连续能量的占据态,从而能够在外界电场驱动下顺利运动,但由于参与导电的电荷数目较少,所以电流和导体相比要小一些也即电阻率要大一些。

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