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金屬為什么會導電呢?(金屬為什么會導電呢)

我們都知道絕大多數的金屬都是電和熱的優良導體,當給金屬加上電壓時,它馬上就變成了通電的導體。那么,金屬是怎樣的內部結構以及它是如何導電形成電流的呢?我們接下來就來講講。

金屬內部結構

電流是電子的定向移動,所以金屬能夠導電就說明金屬中含有大量的自由移動的電子,才能有導電性能的基礎條件。首先來看看金屬的內部結構,其實一切的固態金屬都是晶體,在它點陣的空間結構中,每個節點都有不斷做無規則原子或正離子,而電子則穿梭其中。

金屬為什么會導電呢?(金屬為什么會導電呢)

金屬分子

當沒有任何外界作用的時候,金屬中電子就像分子一樣不斷無規則運動,雜亂無章的運動使得很多電子表現出的特性都相互抵消,在任一方向上的平均速度為零,所以金屬沒有電流。

金屬為什么會導電呢?(金屬為什么會導電呢)

雜亂無章的電子

電場對電子的“命令”

如果我們在金屬導體的兩端加上電壓,此時金屬中就產生了電場。電場力的作用會使得電子獲得足夠的動能,擺脫核力的束縛,并往電場相反的方向移動,就是這種定向的移動,才形成了金屬中的電流,表現出導電性。

金屬為什么會導電呢?(金屬為什么會導電呢)

電子

日常生活中,我們用電時只要一打開開關就馬上能夠用到電。電燈等用電儀器幾乎是不費時間的瞬間達到,用“秒到”都形容不了電之快,那么這是如何實現的呢?

其實金屬中的電子就像“游行隊伍”一樣排列著,電壓就像是總指揮,只要指令一響,每個電子個體都同時向前移動一步,整體看起來就是整個隊伍都向前進了。當然,電子并不是靜靜待著等候命令,它自身還是在不斷地做無規則熱運動,即使是定向移動時,熱運動一直都在。就是這樣時刻“緊繃”著的電子,才使得電流能夠幾乎不費時間達到用電器。

金屬為什么會導電呢?(金屬為什么會導電呢)

電子定向移動形成電流

電子的速度

當沒電壓作用時,金屬中做熱運動的電子的速度大約是一百千米每秒。金屬中電子的定向運動雖然說非常及時,但是電子本身的定向移動速度卻并不是想象的那么快,基本不超過十分之幾毫米每秒。所以電流的速度只和電場速度有關,和電子定向移動速度毫無關系,電流速度等于光速。

金屬為什么會導電呢?(金屬為什么會導電呢)

電流方向的問題

在以前,人們認識電時認為電流是由于正電荷的移動形成的,所以電流方向的規定沿用至今。直到后來才發現電流是電子的定向移動形成的。至于一直沒有改過來,大概是因為這個規定并未影響正確的電現象研究。另外,并不是所有導電物體都是由負電荷導電的,比如在導電的溶液中。

金屬為什么會導電呢?(金屬為什么會導電呢)

導電水溶液離子運動

正是由于金屬有這種聽“命令”的自由電子,使它具有良好的導電性能,金屬導電在生活中的運用就廣泛至極了。

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