为什么大地是导体?鞋是导体?

为什么大地是导体?鞋是导体?,第1张

地面可以导电,因为地面土壤内含有矿物质、金属。

鞋不算导体,因为鞋底一般由橡胶制成的,应归入绝缘体异类,但具体还得看是哪一种鞋。

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导体(conductor)是指电阻率很小且易于传导电流的物质。导体中存在大量可自由移动的带电粒子称为载流子。在外电场作用下,载流子作定向运动,形成明显的电流。

金属是最常见的一类导体。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,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”。

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第一类导体

金属是最常见的一类导体。金属中的原子核和内层电子构成原子实,规则地排列成点阵,而外层的

价电子容易挣脱原子核的束缚而成为自由电子,它们构成导电的载流子。金属中自由电子的浓度很大,每立方厘米约1022个,因此金属导体的电阻率很小,电导率很大。金属的电阻率为10-8—10-6欧·米,一般随温度降低而减小。金属导电过程中不引起化学反应,也没有显著的物质转移,称为第一类导体。

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第二类导体

电解质的溶液或称为电解液的熔融电解质也是导体,其载流子是正负离子。实验发现,大部分纯液体虽然也能离解,但离解程度很小,因而不是导体。如纯水的电阻率高达104欧·米,比金属的电阻率大1010—1012倍。但如果在纯水中加入一点电解质,离子浓度大为增加,使电阻率大为降低,成为导体。电解液的电阻率比金属的大得多,这是因为电解液中的载流子浓度比金属小得多,而且离子与周围介质的作用力较大,使它在外电场中的迁移率也要小得多。电解液在通电过程中伴随有化学变化,且有物质的转移,称为第二类导体。它常应用于电化学工业,如电解提纯、电镀等。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”。

气体导体

电离的气体也能导电(气体导电),其中的载流子[2]

是电子和正负离子。通常情形下,气体是良好的绝缘体。如果借助于外界原因,如加热或用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。气体由于外界电离剂作用下的导电称为气体的非自持放电。随着外加电压增大,电流亦增大,电压增大到一定值时非自持放电达到饱和,继续再增加电压到某一定值后电流突然急剧增加,这时即使撤去电离剂,仍能维持导电,气体就由非自持放电过渡到自持放电。气体自持放电的特性取决于气体的种类、压强、电极材料、电极形状、电极温度、两极间距离等多种因素。条件不同,自持放电采取不同的形式,有辉光放电、弧光放电和电晕放电等。气体的非自持放电和自持放电有许多实际应用。

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其他导电介质

电的绝缘体又称为电介质。它们的电阻率极高,比金属的电阻率大1014倍以上。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。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[2]

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。

绝缘体是指在通常情况下不传导电流的物质。又称电介质。绝缘体的特点是分子中正负电荷束缚得很紧,可以自由移动的带电粒子极少,其电阻率很大,约为10~10欧姆 ·米,所以一般情况下可以忽略在外电场作用下自由电荷移动所形成的宏观电流,而认为是不导电的物质。绝缘体可分为气态(如氢、氧、氮及一切在非电离状态下的气体)、液态(如纯水、油、漆及有机酸等)和固态(如玻璃、陶瓷、橡胶、纸、石英等)三类。固态的绝缘体又分为晶体和非晶体两种。实际的绝缘体并不是完全不导电的,在强电场作用下,绝缘体内部的正负电荷将会挣脱束缚,而成为自由电荷,绝缘性能遭到破坏,这种现象称为电介质的击穿。电介质材料所能承受的最大电场强度称为击穿场强。在绝缘体中,存在着束缚电荷,在外电场作用下,这种电荷将作微观位移,从而产生极化电荷,就是所谓电介质的极化。电介质按其物理性能可分为各向同性电介质和各向异性电介质两种。就极化机制可分为无极分子和有极分子两种。绝缘体在工程上大量用作电气绝缘材料、电容器的介质和特殊的电介质器件如压电晶体等。

绝缘体的传导性决定于物质中电子的行为.晶体中的电子行为取决于能带结构.导带全空,价带全满的物质即为绝缘体,导带底和价带顶的能量差(带隙)很大时,在通常的电场下不导电.对于能隙较小的物质,在温度较低时虽为绝缘体,但温度升高时,价带电子被激发到导带,也会导电.另外,带隙中的杂质能级上的电子或空穴激发到导带或价带时,也会导电。这两种情况的物质通常称为半导体.当用能量大于带隙的光照射绝缘体时,价带电子被激发到导带,在价带留下空穴,这二者都可导电,这种现象称为光电导.大多数绝缘体都有极化性质,因此绝缘体有时也称为电介质.绝缘体在一般电压下是绝缘的,当电压增加到一定限度时,将发生介电击穿,绝缘状态破坏


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