導體、絕緣體與半導體的物質及其關系有哪些
發(fā)布于2022-11-30 11:19
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標簽:導體半導體與絕緣體
能夠定量反映物質傳導電荷能力的物理量是物質的電阻率(通常也用符號p 表示,但注意不要同體電荷密度符號相混淆),物質的電阻率在數(shù)值上等于單位橫截面、單位長度的物質電阻.物質的p越小,其傳移和傳導電荷的能力越強.在室溫下,導體的電阻率約在10-8~10-5Ωm之間,絕緣體的電阻率一般為10°~10°Ωm,半導體的電阻率約為10-6~10°Ωm.
導體有固態(tài)物質,如金屬、合金、石墨、人體、地等有液態(tài)物質,如電解液,即酸、堿、鹽的水溶液等也有氣體物質,如各種電離氣體. 此外,在導體中還有等離子體和超導體.
大家知道,隨著溫度不斷升高,物質會從固態(tài)變成液態(tài),再從液態(tài)變成氣態(tài). 若使氣態(tài)物質的溫度繼續(xù)升高,當升高到氣體分子的熱運動動能大于分子或原子的電離能量時,氣體分子間的熱運動碰撞就會使分子或原子電離,溫度再高,氣體分子(或原子)的大部分甚至全部都會碰撞電離成電子和正離子. 這種主要由電子和正離子組成的物質狀態(tài),同氣態(tài)物質在性質上已完全不同. 從電性質上看,由于它主要是由可自由運動的電子和正離子組成,所以是導電性能極好的良導體. 由于這種物質狀態(tài)的主要組成粒子是帶電粒子,所以物質系統(tǒng)內的粒子間相互作用是長程的庫侖作用(這與氣體中分子間的短程作用不同),系統(tǒng)內局部區(qū)域甚至單個粒子的狀態(tài)變化都將迅速地影響到整個系統(tǒng). 這種由大量電子和正離子組成的物質系統(tǒng)宏觀上是電中性的,任何局部正電荷或負電荷的偶然集中都將會被附近移來的相反電性電荷立即中和,從而恢復電中性.這種物質系統(tǒng)稱為等離子體. 地球是一個冷星體,沒有那么高的溫度條件,所以地球上除人造等離子體外,自然的等離子體很少,但整個宇宙中99%的物質是等離子體,像太陽風、恒星、星云等都是等離子體.
超導體即超導電性物體,是荷蘭物理學家昂納斯(H.K.Onnes)于1911年首先發(fā)現(xiàn)的. 他在觀測固態(tài)汞的電阻與溫度關系時發(fā)現(xiàn),溫度下降到4.2K附近時,汞的電阻突然減小到無法測量的程度,昂納斯的這一發(fā)現(xiàn)表明,汞在4.2K以上溫度時是一般導體,溫度降到4.2K(確切地說是4.15K)以下,汞突然進入了電阻為零(電阻率自然也為零)的超導狀態(tài).處于電阻(或電阻率)為零的超導狀態(tài)的物體稱為超導體.除汞外,一些金屬、合金及金屬氧化物在其特定的低溫下,也能轉變?yōu)樘幱诔瑢顟B(tài)的超導體,物質開始轉變?yōu)槌瑢顟B(tài)的溫度稱為它們的轉換溫度或臨界溫度(用T。表示).表2.1給出了幾種金屬、合金及金屬氧化物的臨界溫度.
表2.1 幾種超導體的臨界溫度

絕緣體同樣有固態(tài)物質,如玻璃、橡膠、塑料、瓷器、云母、紙等有液態(tài)物質,如各種油也有氣態(tài)物質,如未電離的各種氣體.半導體物質有硅、鍺、碲以及一些金屬化合物等.