為什么金屬可以導(dǎo)電

秋葉

人們通常用電阻率這個(gè)量來衡量材料導(dǎo)電性質(zhì)的好壞，判斷它是不是金屬。金屬的導(dǎo)電性質(zhì)好，電阻率小，比如說金、銀、銅、鐵、鋁等。絕緣體不導(dǎo)電，電阻率非常大，比如說陶瓷、干燥的木材等。

參與導(dǎo)電的微觀粒子稱為載流子（運(yùn)載電流的粒子）。不同材料里的載流子不一樣，簡單地說，材料的導(dǎo)電性質(zhì)取決于載流子的數(shù)量多少、載流子本身的性質(zhì)以及外界對(duì)載流子傳輸過程的影響。一般來說，液體里的載流子是離子，而固體材料中是電子，因?yàn)殡x子的質(zhì)量大、數(shù)量少、運(yùn)動(dòng)速度慢，所以液體的導(dǎo)電性比固體材料差得多。

但是，并非所有的固體材料都導(dǎo)電。金屬和陶瓷里都有大量的電子，在材料的兩端加電壓，金屬里的電子可以在電場的作用下移動(dòng)，而陶瓷里的不能動(dòng)，這就是它們導(dǎo)電性質(zhì)差別很大的原因。同樣是可以導(dǎo)電的金屬，它們的電阻率也不一樣，比如說，金、銀、銅的導(dǎo)電性質(zhì)比鐵、鋁好得多。這有很多原因，包括：不同金屬中包含的能自由運(yùn)動(dòng)的電子數(shù)目有差別；不同金屬的具體結(jié)構(gòu)有差別；金屬本身的結(jié)構(gòu)不是那么完美，有各種各樣的缺陷；金屬中包含的雜質(zhì)數(shù)量有差別。

材料的導(dǎo)電性質(zhì)還受到它所處的環(huán)境溫度的影響，因?yàn)闇囟扔绊懥藚⑴c導(dǎo)電的電子數(shù)量和單個(gè)電子的導(dǎo)電本領(lǐng)。一般來說，溫度越低，金屬的導(dǎo)電性質(zhì)越好，而半導(dǎo)體在一些特定的溫度范圍里，隨著溫度的升高，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性質(zhì)可能會(huì)變好，甚至變好了很多。這是由金屬和半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)差異造成的。

在非常低的溫度下，有些材料在導(dǎo)電的時(shí)候甚至可以完全沒有電阻——這就是超導(dǎo)體?？茖W(xué)家對(duì)這種現(xiàn)象的物理機(jī)制已經(jīng)有了相當(dāng)深入的了解，并努力探索和制造新的材料，爭取讓它們?cè)谑覝叵乱材鼙３蛛娮铻榱愕奶匦浴Ｈ绻娴哪軌驅(qū)崿F(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，就會(huì)顯著地改變我們的用電方式。