|
物质的导电原理
晏成和
面对金属材料传热好、导电性能极好的事实，早年的物理学者提出了一个金属内充满自由电子，由自由电子传热、导电的假说。多年无人质疑，逐渐成为理论深入人心。有人会说：一百年来，教科书上都说金属是靠自由电子导电。在你《质疑自由电子导电》的文章中，自由电子没了，那金属良好的导电性能是哪里来的？金属是怎样、用什么来导电的？
科学只有让事实说话。在此，我们来仔细观察物质的导电过程，注意紧扣事实、留心细节。
[实验1] 把一根长金属导线的一端接入220V交流电源（火线），立即在金属导线的各个部位都可测量到220V电压，试电笔显示有电，这类金属物质被命名为导体。
实验中，只是在电源中接上一段导线，如同在电源插入一个接线板，电压就传输到导线各处。电压导通时，并没有形成回路，在导线的全程测不到哪怕是非常微弱的电流，即在没有任何电流运动的前提下，电压已经传导到导体各处。证明：电压传导的全过程没有电子的参与；电压的传导完全不需要电子的参与；电压的传导不是电子的作为，即电子在电压的通达、传导过程中不起任何作用。导体的导电首先是传输电压，传输电压不是自由电子的作为。
如果把橡胶、塑料、陶瓷等的一端接入220V电源（火线），在另一端完全测不到电压，试电笔也无显示，这类物质被定义为绝缘体。说明这些物质不能导电，首先是连电压也不能导通。
试验中，导体与绝缘体的界分在于对电压的传导，能导通电压的就是导体，即导电物质不需要电子参与就已经能通畅地传输了电压，就已经确立了其导体的属性，金属导体能通畅地导通电压与自由电子无关；物质能形成导体不是自由电子的贡献。
那么，金属导体靠什么传导电压波？绝缘体靠什么阻止电压波传导？
[实验2] 现在人人都在使用手机，手机通话的必要条件是必须要有信号，这信号就是960MHz左右频率的电磁波（微米波）。电磁波通过天线进入机体，于是我们收到信号；手机通过天线发出电磁波，于是您的讲话就传递到接听者的手机之中。
早年的手机及收音机都有一杆长长的金属天线，一定频率范围的中波、短波、及手机的微米波等波长的电磁波能够自由的进入金属天线——金属体内，就如同光线可以进入、透过玻璃、光波可以进入光纤一样，说明金属导体对此频段的电磁波是透明的；金属内存在着从米-微米波的电磁波的通路。
这个事实人人都有体验、应该予以尊重。
我们再来谈导电，金属之所以是良好的导体，是源于金属物质的构成，金属每个原子的外层仅有一、两个价电子运转围绕：如铜、银等仅有一个价电子运转；铁、铬等原子则有两个价电子围绕，原子的外层不饱满、存在较多的电子空位——原子外层通透，所以能够容纳、畅通地传导米-微米波长的电磁波。同时也能畅通地传导电压波，在电压波的作用下、在形成回路中电子受到电压波的推动换位移动、形成电流，因而形成导电。
这也应验一个基本的哲理：流通——通则流。
在此，我提出了一个新词：电压波。其实这也不是新发明，各种波形的电压波在示波器屡见不鲜，我只是说了个大实话。之前，物理界喜欢把电压叫做电动势。如果这个势表示势能，那只能在直流电中适用；如果这个势表示运动趋势，实际上电流的运动趋势都是沿着电压波运行，还不如就叫电压波。
实验1中，电压在导线中传导，与实验2中，米-微米波在导线中传导完全等效，说明二者是同一类的电磁波。
这个简单的试验细节说明，导电——电子在导体内的流动经历了三个过程：首要条件是物质内有能让电压导通的通路，其二是接上电源，导通电压，其三是连成回路，才能形成电子运动——电流。在微观领域，这二、三过程在瞬间完成，而给人造成自由电子导电的假象。
在绝缘体内，因原子的价电子多、或形成化合体，多个价电子包围着原子，使原子的外电子层趋近饱和，没有电子空位(或很少)，没有有能让电压波导通的通路。没有电压波的驱动，再多的电子也不能形成电流，因而不能导电。
[结论]
导电原理是：某物质的原子的价电子较少，外电子层不饱满，存在着电子空位、存在着电压波能够在其间传导的通路，在电压波作用下，物质的电子在连成回路的通路间换位移动，形成电流。
所有的物质，不管是金属导体、半导体还是液体、超导体，只要是能够导电，都是因为有了电子空位在物质内形成通路，电压波在电子空位通路间传导，形成闭合通路后，电子才能在其间按电压波的指令（直流、交流、方波、正弦波、信号波）换位运动形成电流。所有物质的导电共存此一理。
2013-10-7 整理
|
