晏成和
從中學(xué)到大學(xué)，所有的教科書上都寫到：“金屬體內(nèi)充滿著由自由電子，金屬導(dǎo)體是靠其內(nèi)部的自由電子傳熱、導(dǎo)電�！边@百年導(dǎo)電理論對(duì)電壓的形成都狡黠地回避，對(duì)電阻的形成更是閉口不談，留下了一百年的疑慮：
物質(zhì)原子有1、2、3個(gè)價(jià)電子是自由電子，
有4、5、6、7個(gè)價(jià)電子物質(zhì)的電阻很大，電子多了為什么會(huì)失去自由？
自由電子的自由是從何而來(lái)？
為什么有二個(gè)自由電子的鐵比一價(jià)的銅的電阻要大？
為什么三價(jià)的鋁又比二價(jià)的鐵的電阻又小些？
看來(lái)價(jià)電子數(shù)量與物質(zhì)的導(dǎo)電能力與電阻沒有什么邏輯聯(lián)系。
導(dǎo)電性能是物質(zhì)的一個(gè)重要物理特征，人們依據(jù)導(dǎo)電能力把物質(zhì)分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體和超導(dǎo)體。面對(duì)不同物質(zhì)的導(dǎo)電性能，各專業(yè)學(xué)者分別建立了不同的導(dǎo)電理論：面對(duì)金屬導(dǎo)電建立了自由電子導(dǎo)電理論，半導(dǎo)體導(dǎo)電靠自由電子與空穴，液體導(dǎo)電是靠離子，超導(dǎo)靠的是庫(kù)伯電子對(duì)理論。
自由電子、空穴、離子等被命名為載流子。就這樣，現(xiàn)有的導(dǎo)電學(xué)說(shuō)就是發(fā)現(xiàn)一類導(dǎo)電物質(zhì)，就命名一種載流子，就對(duì)應(yīng)建立一套自圓其說(shuō)的導(dǎo)電理論。這種用分別探索、各自建立的互不相關(guān)的理論，如同盲人摸象，喪失了系統(tǒng)性、邏輯的一致性，顯然不是自然物質(zhì)導(dǎo)電的客觀實(shí)在，是猜想和胡編亂造的大拼盤。
在前文的論述中，讀者已經(jīng)了解到不管是金屬還是非金屬，原子的核外電子數(shù)是與核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)一一對(duì)應(yīng)的，是不可改變的。沒有電子是所謂自由的，即：金屬內(nèi)沒有自由電子。有人會(huì)問(wèn)，金屬內(nèi)若是沒有了自由電子，那么，在金屬導(dǎo)體內(nèi)傳導(dǎo)電流的不是自由電子又是什么？物質(zhì)是靠什么導(dǎo)通電流，的確是一個(gè)值得反思的問(wèn)題。
電流是在閉合導(dǎo)體內(nèi)、電子在電壓的作用下的定向流動(dòng)。就像水流是水的定向流動(dòng)一樣,這叫人聯(lián)想到一個(gè)常用的中國(guó)詞“流通”，通則流，不通則不流。水流不是因?yàn)樵撐矬w內(nèi)有水(桶里的水，池塘里的水就不能形成水流)。除了壓力差之外還必須得“通”——必須得有讓水定向通過(guò)的空間(如渠道、管道等)。
電流不是因?yàn)樵撐矬w內(nèi)的電子有自由，而是因?yàn)椤巴ā薄驗(yàn)樵油鈱佑?“通路”，首先能讓電壓波在其間傳輸——信息通，其次，還必須得有讓電子定向通過(guò)的通路——空間位置通，然后才能形成電子在其間的流動(dòng)——電流。
導(dǎo)體與絕緣體的本質(zhì)差異在于能否導(dǎo)通電壓，能傳導(dǎo)電壓是導(dǎo)體的顯著特征，物質(zhì)有無(wú)導(dǎo)電能力與能否導(dǎo)通電壓息息相關(guān)。
那么，是什么使得物體能夠?qū)妷�？——是該物體原子的最外層，因價(jià)和電子數(shù)量較少并且運(yùn)轉(zhuǎn)不夠飽滿（在平面運(yùn)轉(zhuǎn)，沒能形成飽滿的球狀），在原子體周邊，存在著能讓電壓波在其間穿行、傳導(dǎo)的通路；存在著能讓外電子竄入的間隙和時(shí)機(jī)；存在著能讓電壓波及電子在其間通行穿越的空位。
我們把原子外層所呈現(xiàn)的這種空位叫做電子空位。電子空位是電壓波傳導(dǎo)通路，也是電子流動(dòng)的通路。有了這樣的通路，電壓波才能在其間傳導(dǎo)，電子才能在其間換位運(yùn)動(dòng)，形成電子的宏觀流動(dòng)——電流。
導(dǎo)電原理是：某物質(zhì)原子的價(jià)電子較少，外電子層不飽滿，存在著電子空位、存在著電壓波在其間傳導(dǎo)的通路，在電壓波作用下，電子在連成回路的電子空位間換位移動(dòng)，形成電流。
有了電子空位，才能形成通路，各種電壓波才能在其間傳導(dǎo)，電子才能在電壓波的驅(qū)使下在其間換位運(yùn)動(dòng)形成各種電流。直流，交流，各種波形、各種頻率的電流都必須在電子空位間傳導(dǎo)。
明確了導(dǎo)電原理，電阻的構(gòu)成也就明晰：電阻是物質(zhì)內(nèi)電子通路通暢的程度。即物質(zhì)內(nèi)電子通路的寬窄和開通的時(shí)機(jī)。
如果把電流比喻為公路上的車流，那電子空位所形成的通路就是公路，而電壓就是指令——公路上的紅綠燈，電阻就是公路的寬窄和紅燈，電子是按指令自動(dòng)運(yùn)行的汽車。有了這三者，才能形成通暢的導(dǎo)電。
所有的物質(zhì)，不管是金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體還是液體、超導(dǎo)體，只要是能夠?qū)щ�，都是因�(yàn)橛辛穗娮涌瘴辉谖镔|(zhì)內(nèi)形成通路，電壓波才能在電子空位通路間傳導(dǎo)，形成閉合通路后，電子才能在其間按電壓波的指令（直流、交流、正弦波、信號(hào)波）換位運(yùn)動(dòng)形成電流。所有物質(zhì)的導(dǎo)電共存此一理。
大自然總是用最簡(jiǎn)原則構(gòu)成自己，不會(huì)一時(shí)用自由電子，一時(shí)用離子，一時(shí)用空穴來(lái)導(dǎo)電，大自然不會(huì)煞費(fèi)心機(jī)地去搞那些各種各樣的載流子。
電子空位是由價(jià)和電子的數(shù)量、速率及線路所決定。金屬原子外層電子較少，每個(gè)原子的外層僅有一、兩個(gè)價(jià)和運(yùn)轉(zhuǎn)圍繞，物質(zhì)內(nèi)的電子空位多，電壓波傳導(dǎo)快捷，電子換位空間大，并且易于在其原子間流動(dòng)，該物質(zhì)的導(dǎo)電能力就強(qiáng)，電阻較小。如銀、銅的核外層價(jià)電子僅１個(gè)，相應(yīng)地電子空位多，故導(dǎo)電能力強(qiáng)。鋁只有最外層的一個(gè)價(jià)電子參入價(jià)和運(yùn)轉(zhuǎn)，所以和銅一樣，電子空位較多，導(dǎo)電能力亦很好。
鐵、?等金屬有2個(gè)價(jià)電子，每個(gè)原子有兩個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)繞，電子空位相對(duì)較少，電子換位空間較小，電壓波在其間傳動(dòng)不暢，電子不易于在其原子間換位流動(dòng)，這類物質(zhì)的導(dǎo)電能力就要差些。
此外，溫度對(duì)導(dǎo)體的電阻也有影響：溫度升高，原子的核外電子速率較快，電子空位相對(duì)窄小，電壓波通路相對(duì)較小，導(dǎo)體電阻變大，導(dǎo)電能力下降；反之，當(dāng)溫度降低，導(dǎo)體原子的核外電子速率減慢，電子空位相對(duì)較大，電壓波通路相對(duì)較大，電子在電壓波的作用下，換位流動(dòng)時(shí)受阻概率小，這樣，電子易于在結(jié)構(gòu)元間換位移動(dòng)。該導(dǎo)體的電阻就小。
半導(dǎo)體的主要材料是硅，每個(gè)原子有4個(gè)價(jià)電子，只有較少的電子空位，參雜少量3價(jià)或5價(jià)元素后能夠提高電子空位存在的時(shí)機(jī)。半導(dǎo)體導(dǎo)電能力在導(dǎo)體與絕緣體之間。半導(dǎo)體導(dǎo)電不是空穴，半導(dǎo)體和超導(dǎo)體的導(dǎo)電將專題討論。
在絕緣體內(nèi)，因原子的價(jià)電子多，每個(gè)原子由多個(gè)價(jià)和運(yùn)轉(zhuǎn)包圍著，使原子的外電子層趨近飽和，沒有電子空位，不能形成通路。化合物的核外電子數(shù)量之和一般是8或8的倍數(shù)，沒有電子空位，電壓傳輸受阻。電壓波不能在其間傳導(dǎo)，核外電子不能有換位運(yùn)動(dòng)，不能形成導(dǎo)電，所以構(gòu)成了良好的絕緣體。物質(zhì)的導(dǎo)電不是電子的自由，因而物質(zhì)的導(dǎo)電率相差幾十個(gè)數(shù)量級(jí)。
氣態(tài)物質(zhì)則是因?yàn)槲镔|(zhì)的價(jià)和電子速率過(guò)高，而且進(jìn)行著立體運(yùn)轉(zhuǎn)，一般不會(huì)產(chǎn)生電子空位，外電子不易進(jìn)入。加之分子間的斥力較大，分子間距離太遠(yuǎn)，因而也不導(dǎo)電。只有極高的電壓才能在其間沖開一條血路——閃電或高壓放電。
液體導(dǎo)電在液態(tài)物質(zhì)專題論述�？梢悦鞔_的告知大家的是：液體導(dǎo)電不是所謂離子，只要是能夠?qū)щ�，都是因�(yàn)橛辛穗娮涌瘴辉谖镔|(zhì)內(nèi)形成通路——流通。
大自然就是這樣用價(jià)電子的數(shù)量，讓有些物質(zhì)能夠良好導(dǎo)電；有些物質(zhì)構(gòu)成半導(dǎo)體；有些物質(zhì)形成絕緣體。如此，構(gòu)成豐富多彩的電世界。
本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/chuzhong/1230279.html
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