物质的导电性与哪些因素相关

刘津

摘 要：物质的导电性是物理电学的基础，同时也和一些自然知识、化学知识息息相关。对物质的导电性的探索与研究可有效激发学生对理化的学习兴趣，提高安全用电的科学性和自觉性。如何加深学生对物质导电性的认识，对其进一步掌握和应用中学理化知识具有非常重要的现实意义。

关键词：物质的导电性；导体；绝缘体；半导体

一、引言

众所周知，理化知识来源于生活，与生活紧密相连，最终为生活服务。不同的物质，其导电性能差異较大。导体电阻率很小，容易导电；绝缘体电阻率很大，不容易导电；还有一些材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，称为半导体。导体和绝缘体并没有绝对的界线，在一定条件下也是可以相互进行转换的。那么，物质的导电性能究竟与哪些因素有关呢？

二、物质的导电性与本身材质有关

物质的导电性主要与本身材质有关。按照物质的导电性能优劣一般把物质分为三类：一是导体，如金属、石墨、酸碱盐溶液、人体、大地等；二是绝缘体，如橡胶、塑料、陶瓷、玻璃等；三是半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等。

（1）导体是指电阻率很小且易于传导电流的物质。导体中存在大量可自由移动的带电粒子，这些带电粒子被称为载流子。在外电场作用下，载流子作定向运动，形成明显的电流。①金属是最常见的导体之一。金属原子最外层的价电子很容易挣脱原子核的束缚，而成为自由电子。金属中自由电子的浓度很大，所以金属导体的电导率通常比其他导体材料大。因此，金属导体导电靠的是导体本身自由移动的电子来实现的。金属导电过程中一般不引起化学反应，也没有显著的物质转移。金属导体导电性能好，可做导线。②石墨是典型的非金属导体。石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键，每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。而金刚石与石墨互为同素异形体，为何金刚石不导电呢？因为金刚石中碳原子的所有价电子都形成共价键而没有自由电子，所以没有导电性。因此，非金属导体导电靠的也是导体本身自由移动的电子来实现的。③电解质的溶液即电解液的熔融电解质也是导体，其载流子是正负离子。比如，纯净水是不导电的，而自然界中的水因溶解有多种离子所以导电。比如人体是导体，因为人体组织中含有大量水分、矿物质和电解质，如体液中的氯化钠、血液中的铁离子等，所以人体会导电。医生做人的心电图、脑电图就是依据此原理来做的。大地同样是导体，也是因为地壳表层有大量水的存在，很多可溶性盐溶解在水里，当然就形成导体了。因此，电解液导电是通过电解出来的离子定向移动产生电流。电解液在通电过程中伴随有化学变化，且有物质的转移，它常应用于电化学工业。

（2）不善于传导电流的物质称为绝缘体。绝缘体又称为电介质，它们的电阻率极高，比金属的电阻率大1014倍以上。如橡胶是绝缘体，一般不导电，可做导线包皮。

（3）半导体是指导电性可受控制，是范围在绝缘体至导体之间的材料。如锗、硅等，其电阻率介于导体与绝缘体之间，且随温度的升高而迅速减小。这类材料中存在一定量的自由电子和空穴，后者可看作带有正电荷的载流子。半导体在无线电、收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。用半导体材料制成二极管具有单向导电性，可用于整流，也可判断电流方向。

另外，很多新型材料的导电性也值得去探究，如钢纤维混凝土。将一定量的钢纤维添加到混凝土中，能够使混凝土从高阻抗水泥复合材料变成导电性良好且力学性能优越的水泥复合材料，即钢纤维导电混凝土。若在高寒地区铺设电热桥面板，可用于融雪除冰。

三、物质的导电性与电压高低有关

许多物质的导电性均与电压高低有关。主要原因是由于其电阻率随电压的增加而逐渐减小，这一现象符合击穿电压的原理。即电介质在足够强的电场作用下将失去其介电性能成为导体，称为电介质击穿，所对应的电压称为击穿电压。这也说明导体和绝缘体的界限并不是一成不变的，它们在一定条件下也可以相互转换。比如，电线包皮是绝缘体，在增加电压或超负荷的情况下，会被“击穿”，而转化为导体。通常情形下，气体也是良好的绝缘体。但在外加电压的情况下，气体被电离而成为导体，且常伴有发声、发光等物理过程。日光灯和霓虹灯就是利用电离气体导电原理制成的。又如我们常见的雷电现象，也是因为带电云团之间或带电云团与大地之间的电压不断升高击穿空中气体间隙而产生的放电现象。

四、物质的导电性与环境条件有关

物质的导电性与环境条件密切相关。一是环境温度影响。比如，某些金属与合金导体对温度比较敏感，电阻率随温度降低而减小。甚至在极低温度下，某些金属与合金的电阻率将消失而转化为“超导体”，这个温度就叫该超导体的临界温度。现已发现28种元素及几千种合金和化合物可以成为“超导体”。 研究超导就是看到了它在输电节能、交通运输、微电子芯片、通信工程、生物工程等方面革命性的应用前景。由于低温超导体的临界温度太低，比如，汞的临界温度为-268.4℃，很难实际应用。所以，对提升超导体临界温度的研究一直都比较热门，至今已有多人因此获诺贝尔奖，最高临界温度已提升到-70℃，但距广泛运用前景仍有较长的探索之路要走。二是环境湿度影响。干燥的木材本身是良好的绝缘体，一旦受潮就变为导体了。瓷砖也是绝缘体，但安装在地面或墙面上时就不能看着是绝缘体了。原因是瓷砖铺在地面上难免受潮气的作用，瓷砖的绝缘性能是要大打折扣的，尤其是淋浴间的瓷砖几乎就不绝缘了，所以漏电必触电。三是其他条件影响。氯化钠溶液是导体，当其中水分逐渐被蒸发掉变成氯化钠晶体时，其导电性能就会消失。

五、结语

知识教会我们生活，生活实践又对知识进行提升。物质的导电性的探索与研究对生活中的安全用电非常重要。比如，用电线路及电气设备绝缘性必须良好，灯头、插座、开关等的带电部分绝对不能外露；不超负荷用电；不要用潮湿抹布擦拭带电的家用电器；特别是切忌电器失火时不要用水来灭。很多人认为水是火的天敌，只要看到火就用水灭，尤其是在厨房电器失火时，情急之下就用水灭火，不仅自身有触电的危险，而且火越灭越大，损失惨重。电器失火时一定要冷静，先断电源，否则可能灭火时触电。

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