电导率:金属、半导体和绝缘体的电导率|波段理论

电导是什么?

当我们在不同的导体上施加相同的电位差时,我们会看到不同的电流通过它们。实际上,有多少电流会通过一个特定的导体,使其产生一定的施加电位差,这取决于导体的一种特殊的性质,叫做电导率

此属性确定如何容易当前的可以流过导体。正如我们所知电阻导体就有这样一种特性,它能抵抗通过它的电流。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

电导率是导体的一种特殊特性,它决定了电流通过导体的难易程度。

电导方程或公式

我们取一块长度为l,横截面积为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,原子间碰撞的机会更大。这意味着电流的传播路径变得更加困难电导率导体的电阻减小了。

因此电导与导体的长度成反比。

如果导体的横截面积增加,则电流得到更多的漂移电子。因此,导体的电导就增加了。

由式(1)(2)可知,

式中:σ=电导率或比电导率的比例常数。

电导率或电导率

在电导方程中,我们已经提到了σ或σ作为电导。在这个方程中,如果我们让l = 1m, A = 1m2G =σ。说明σ是长度为1m,截面积为1m的导体的电导2。这意味着比电导率或电导率是导体的电导率,其体积是1m×1m2= 1米3.

导电性的定义

电导率是单位体积的物质。
导电性是物质的基本属性。由于这种特性,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它们。电流容易通过的材料称为良导体。换句话说,这些材料的导电性高。另一方面,不允许电流通过的材料称为电气绝缘体。有些材料的导电性不像导体那么高,也不像绝缘体那么差,它们具有中间导电性,这类材料被称为半导体

电导单位

正如我们前面提到的,电导是电阻与电阻的倒数。也就是说,

电阻的单位是欧姆,这就是为什么电导单位通常被写成姆欧-欧姆的反拼写。一个现代电气工程,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:

在这里,s是西门子

20时不同材料电阻率和电导率表oC

材料 电阻率在20oC 电导率20.oC
空气 1.3×10163.3×1016 3×10-15年8×10-15年
2.82×108 3.5×107
退火铜 1.72×108 5.80×107
3.36×108 2.98×107
碳(非晶) 5×1048×104 1.25到2×103.
碳(钻石) 1×1012 ~ 10-13年
碳(石墨) 2.5×1065.0×106/ /底面 2到3×105/ /底面
碳钢 -10年10 1.43×10-7
康铜 4.9×107 2.04×106
1.68×108 5.96×107
去离子水 1.8×105 5.5×106
饮用水 2×1012×103. 5×1045×102
熔融石英 7.5×1017 1.3×10-18年
砷化镓 5×107到10×103 5×108到103.
4.6×101 2.17
玻璃 10×1010到10×1014 10-11年到10-15年
黄金 2.44×108 4.10×107
晶粒取向电工钢 4.60×107 2.17×106
硬橡胶 1×1013 10-14
1.0×107 1.00×107
2.2×107 4.55×106
9.28×108 1.08×107
锰铜 4.82×107 2.07×106
9.8×107 1.02×106
尼姆罗姆 1.10×106 9.09×105
6.99×108 1.43×107
石蜡 1×1017 10-18年
宠物 10×1020. 10-21年
1.06×107 9.43×106
海水 2×101 4.8
6.40×102 1.56×103
1.59×108 6.30×107
不锈钢 6.9×107 1.45×106
1×1015 10-16年
聚四氟乙烯 10×1022到10×1024 10-25年到10-23年
1.09×107 9.17×106
4.20×107 2.38×106
5.60×108 1.79×107
木材(湿) 1×103.到4. 104到103
木材(烘箱干燥) 1×1014到16 10-16年到10-14
5.90×108 1.69×107

导电性的带理论

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父原子分离出来。让我们用能带理论来解释细节。
当许多原子聚集在一起时,一个原子的电子受到另一个原子的力原子。这种影响在最外层的轨道上最为明显。由于这个力,在孤立原子中被明确定义的能级现在被扩大成能带。由于这种现象,一般会产生两个波段,即价带和导带。

班乐队

原子的最外层轨道,其中的电子被紧紧地束缚着;它们不能作为自由电子被移除。

导带

这是最外层的最高能级或轨道,其中电子可以自由移动。

带隙

有一个能隙将这两个带分开,即价带和导带。这个间隙称为禁能间隙。

金属导电性

在金属中,原子的密度是如此之大,以至于一个原子的电子受到其他闭合原子的足够大的作用力。结果表明,金属的价带和导带非常接近,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,电子很容易上升到金属中的更高能级。这样的电子称为自由电子。这些自由电子产生了流过金属的电流。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端,导致电流在金属中流动。在金属中,导电带内自由电子的密度比其他材料高得多,因此金属被称为极好的电导体。换句话说金属导电性非常好。
导带

不同金属的电导率表

金属 电导率西门子/仪表为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
尼姆罗姆 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

半导体电导率

在半导体中,舌区带和导通带通过足够宽度的禁止间隙分离。在低温下,没有电子具有足够的能量来占据导电带,因此不可能移动电荷。但是在室温下,一些电子可以提供足够的能量并使传动带中的过渡。在室温下导通带中的电子密度不如金属中的那么高,因此不能导通电流与金属一样好。该半导体电导率不像金属那么高,但也不像电绝缘体那么差。这就是为什么这种材料被称为半导体——意思是半导体。

不同半导体电导率表

半导体 电导率西门子/仪表为20oC
2.17
1.56×10- 3.

绝缘子电导率

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。这些原子最外层完全充满了电子。在这种材料中,禁带隙很大,因此电子跨越到导带所需要的能量实际上足够大。绝缘体不容易导电。这意味着绝缘子的电导率很可怜的。

不同绝缘体电导率表

绝缘子 电导率(西门子每米)为20oC
空气 3×10-15年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
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
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