金属、半导体和绝缘体的电导率|能带理论

电导是什么?

当我们在不同导体上施加相同的电位差时,就会看到流过它们的电流不同。实际上有多少电流会通过一个特定的导体,通过它施加的电位差,取决于导体的特定性质,称为电导率

这个属性决定了a的容易程度当前的可以流过导体.正如我们所知电阻导体有这样一种特性,能抵抗流过它的电流。也就是说,电导是电阻的倒数性质。电导一般表示为,

电导的定义

电导率电流是导体的一种特殊性质,它决定了电流通过导体的容易程度。

电导方程或公式

让我们取一个长度为l、截面面积为a的导体。如果导体长度增加,电子就必须漂移更多的路径。因此原子间碰撞的机会就更大。这意味着现在的道路更加艰难,意味着电导率导体的电流减小了。

因此,电导与导体的长度成反比。

如果导体的横截面积增大,电流就会得到更多的漂移电子。因此,导体的电导增加了。

由式(1)(2)可知:

式中,σ =电导率或比电导的比例常数。

比电导或电导率

在电导率方程中,我们已经提到σ或σ作为电导率。在这个方程中,如果我们让l = 1m A = 1m2那么G = σ。表示σ为长度为1 m,横截面积为1 m的导体的电导2.电导率是指体积为1m × 1m的导体的电导率2= 1米3.

电导率的定义

电导率是一种单位体积的材料。
导电性是物质的基本属性。由于这种性质,一种材料可以导电。有些材料是良导体,这意味着电流可以很容易地通过它们;同样,有些材料不允许电流通过。电流容易通过的材料称为良导体,换句话说,这些材料的导电性很高。另一方面,不允许电流通过的材料被称为电气绝缘材料.有一些材料,其导电性不像导体那么高,也不像绝缘体那么差,它们有一个中间导电性,这类材料被称为半导体

电导单位

正如我们前面提到的,电导是电阻的电阻的倒数。也就是说,

电阻的单位是欧姆,这就是为什么电导单位一般写成姆欧-欧姆的反向拼写。一个现代必威电竞赞助姆欧是被西门子

单元的电导率

电导率方程,我们已经推导过了,

因此,电导率单位为,

这里,S代表西门子

不同材料在20时的电阻率和电导率表oC

材料 电阻率在20oC 电导率20oC
空气 1.3×1016至3.3 × 1016 3×10-15年至8 × 10-15年
2.82×10-8 3.5×107
退火铜 1.72×10-8 5.80×107
3.36×10-8 2.98×107
碳(非晶) 5×10-4至8 × 10-4 1.25到2 × 103.
碳(钻石) 1×1012 ~10-13年
碳(石墨) 2.5×10-6至5.0 × 10-6/ /底面 2到3 × 105/ /底面
碳钢 -10年10 1.43×10-7
康铜 4.9×10-7 2.04×106
1.68×10-8 5.96×107
去离子水 1.8×105 5.5×10-6
饮用水 2×101到2 × 103. 5×10-4至5 × 10-2
熔融石英 7.5×1017 1.3×10-18年
砷化镓 5×10-7至10 × 103 5×10-8到103.
4.6×10-1 2.17
玻璃 10×1010至10 × 1014 10-11年到10-15年
黄金 2.44×10-8 4.10×107
晶粒取向电工钢 4.60×10-7 2.17×106
硬橡胶 1×1013 10-14年
1.0×10-7 1.00×107
2.2×10-7 4.55×106
9.28×10-8 1.08×107
锰铜 4.82×10-7 2.07×106
9.8×10-7 1.02×106
镍铬合金 1.10×10-6 9.09×105
6.99×10-8 1.43×107
石蜡 1×1017 10-18年
宠物 10×1020. 10-21年
1.06×10-7 9.43×106
海水 2×10-1 4.8
6.40×102 1.56×103
1.59×10-8 6.30×107
不锈钢 6.9×10-7 1.45×106
1×1015 10-16年
聚四氟乙烯 10×1022至10 × 1024 10-25年到10-23年
1.09×10-7 9.17×106
4.20×10-7 2.38×106
5.60×10-8 1.79×107
木材(湿) 1×103.到4 10-4到103
木材(烘箱干燥) 1×1014到16 10-16年到10-14年
5.90×10-8 1.69×107

电导率的能带理论

原子最外层轨道上的电子受到的引力最小。所以最外层的原子可以很容易地从母体原子中分离出来。让我们用带理论来解释细节。
当一些原子聚集在一起时,一个原子的电子受到另一个原子的力原子.这种效应在最外层的轨道上最为明显。由于这种力,在孤立原子中被明确定义的能级,现在被扩大为能带。由于这种现象,通常会产生两个波段,即价带和导带。

帷幔乐队

原子的最外层轨道,在这里电子被紧紧束缚;它们不能作为自由电子被除去。

导带

这是最外层的最高能级或轨道,在这里电子可以自由移动。

带隙

有一个能隙将这两个带分开,价带和导带。这个能隙称为禁带能隙。

金属导电性

在金属中,原子是如此紧密地聚集在一起,以至于一个原子的电子受到其他封闭原子的足够大的力。结果,金属中的价带和导带变得非常接近,甚至可能重叠。因此,通过从外部热能或电能来源接收非常少量的能量,电子很容易在金属中上升到更高的水平。这样的电子被称为自由电子。这些自由电子就是流过金属的电流的来源。当外部电源连接到一块金属上时,这些自由电子开始流向源的高电位终端,导致电流在金属中流动。在金属中,导带内的自由电子密度远高于其他材料,因此金属被称为极好的导电体。换句话说金属导电性很好。
导带

不同金属电导率表

金属 电导率在西门子/米在20oC
6.30×107
5.96×107
3.5×107
退火铜 5.80×107
2.98×107
碳钢(1010) 6.99×106
康铜 2.04×106
砷化镓 5×10−8到103.
黄金 4.10×107
晶粒取向电工钢 2.17×106
1.00×107
4.55×106
1.08×107
锰铜 2.07×106
1.02×106
镍铬合金 9.09×105
1.43×107
9.43×106
不锈钢 1.45×106
9.17×106
2.38×106
1.79×107
1.69×107

半导体导电性

在半导体中,价带和导带由一个足够宽的禁带隙隔开。在低温下,没有电子具有足够的能量占据导电带,因此电荷不可能运动。但在室温下,某些电子有可能提供足够的能量并在导带内发生跃迁。在室温下,传导带中的电子密度不如金属中的电子密度高,因此不能像金属那样良好地传导电流。的半导体导电性不像金属那么高,也不像电绝缘体那么差。这就是为什么,这种类型的材料被称为半导体-意思是半导体。

不同半导体电导率表

半导体 电导率在西门子/米在20oC
2.17
1.56×10−3

绝缘子导电性

理想情况下,电绝缘体的导电性为零。绝缘体分子中的原子在电上足够稳定。这些原子的最外层完全充满了电子。在这种材料中,禁带是非常大的,因此,电子跨越到传导带所需的能量实际上是足够大的。绝缘体不容易导电。这意味着绝缘子导电性很可怜的。

不同绝缘体电导率表

绝缘子 电导率在西门子每米20oC
空气 3×10-15年至8 × 10−15
熔融石英 1.3×10-18年
玻璃 10-11年到10-15年
硬橡胶 10-14年
石蜡 10-18年
宠物 10-21年
10-16年
聚四氟乙烯 10-25年到10-23年
10-16年到10-14年
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