導(dǎo)電的奧秘

鄭靖東

我們在科學(xué)或物理課上都學(xué)過電學(xué)的基本知識，也都了解有些物體容易導(dǎo)電，而有些物體卻不容易導(dǎo)電。我們把容易導(dǎo)電的物體稱為導(dǎo)體，如各種金屬、鉛筆芯、鹽水等;把不容易導(dǎo)電的物體稱為絕緣體，如塑料、橡膠、干木等。同為物體，為何有的成為導(dǎo)體，有的就是絕緣體，但導(dǎo)體和絕緣體間又可互相轉(zhuǎn)換？下面就將散落在課本各個章節(jié)中的相關(guān)知識捋一捋，拓展一下，一同來揭開其中的奧秘吧！

為什么不同的物體導(dǎo)電性會存在差異？

這主要與物體內(nèi)部的電荷性質(zhì)有關(guān)。物體能導(dǎo)電，就要求物體內(nèi)部具備形成電流的條件。其實(shí)，電流的形成和水流很相似，形成水流首先要有液態(tài)的水，因?yàn)樗鼈兙邆湎虿煌较蜃杂蛇\(yùn)動的條件，但冰就不能，它是固態(tài)的，失去了自由流動的條件，所以同樣是水，冰不能形成水流。當(dāng)然，水庫里的液態(tài)水也不能形成水流，同樣是因?yàn)樗痪邆湎虿煌较蛄鲃拥淖杂蛇\(yùn)動。如果把水庫的閘門打開，客觀條件變了，那么水庫里的水會在水位差的作用下流向閘口，形成水流。

那么在物體內(nèi)部形成電流的首要條件是什么呢？從微觀角度來看，物體內(nèi)部含有我們無法看到，甚至連光學(xué)顯微鏡都無法看到的原子，原子是由更小的粒子，即原子核和電子構(gòu)成。原子核相對于電子來說質(zhì)量和體積都很大且?guī)д?，它居于原子的中心，而電子位于原子核外且?guī)ж?fù)電。原子核和核外的電子由于分別帶有等量的正負(fù)電荷而相互吸引，使得電子圍繞原子核做高速地旋轉(zhuǎn)，猶如太陽系的8 大行星圍繞著太陽旋轉(zhuǎn)一樣。原子內(nèi)帶正電荷的原子核和帶負(fù)電荷的電子就相當(dāng)于水庫中的水（至于是液態(tài)還是固態(tài)還需具體分析）。由于原子核的質(zhì)量較大，所以它的位置是相對固定的，幾乎不能自由移動。原子核外面帶負(fù)電荷的電子受到原子核的吸引而繞原子核運(yùn)動，但是不同的原子由于原子核所帶電荷量的不同，以及核外的電子距離原子核的距離不同，原子核對它外面的電子的吸引力也不同。這樣就出現(xiàn)了有的原子核對它外面的電子吸引力較小，外面的部分電子就可能擺脫原子核的吸引而隨意移動，這些可以隨意移動的電子被我們稱為“自由電荷”，自由電荷就相當(dāng)于水庫中液態(tài)的水;而有的原子核對它外面的電子吸引力大，把它周圍的電子牢牢拉住，這些電子就不能隨意移動，就相當(dāng)于水庫中被凍住的固態(tài)水。所以物體能否導(dǎo)電取決于物體內(nèi)部有沒有自由電荷，有了自由電荷，那么在物體的兩端加了電壓，這些自由電荷就會在電壓的作用下沿著相同的方向移動，從而形成了電流。

物體內(nèi)部的自由電荷過于微小，物體的導(dǎo)電機(jī)理我們無法直接看到，但我們可以用一個形象的比喻來加以說明。我們把一個物體比作一所學(xué)校，把一個原子比作這所學(xué)校的一個班級，老師就相當(dāng)于原子核，學(xué)生就相當(dāng)于電子。比如有的學(xué)校管理非常松散，老師在上課期間很難有效管控學(xué)生，所以部分學(xué)生會趁老師不注意偷偷溜出教室玩耍。這些翹課的學(xué)生就相當(dāng)于自由電荷。這時如果校門口出現(xiàn)好吃的、好玩的東西時，就相當(dāng)于存在了電源，吸引了正在學(xué)校四處亂逛的學(xué)生紛紛朝校門口運(yùn)動，就形成了“人群流動”，這種人群流動就相當(dāng)于電流。相反，有的學(xué)校很嚴(yán)，班級老師管控能力很強(qiáng)，上課期間沒有一個同學(xué)敢溜出教室。所以當(dāng)校門口出現(xiàn)好吃的、好玩的東西時，也沒有一個學(xué)生能溜出教室奔向校門口，這樣就不會出現(xiàn)“人群流動”，也就相當(dāng)于不會形成電流。

可見，雖然物體內(nèi)部都存在著原子核和電子等電荷，但物體是否容易導(dǎo)電，關(guān)鍵取決于物體內(nèi)部的電子能否擺脫原子核的約束而成為自由電荷。如果物體內(nèi)有大量的自由電荷，那它就容易導(dǎo)電，屬于導(dǎo)體;如果沒有自由電荷，那它就不容易導(dǎo)電，屬于絕緣體。

實(shí)際上導(dǎo)體和絕緣體也不是絕對的，它們也可以相互轉(zhuǎn)化。如管控很嚴(yán)的學(xué)校，本來每個班級的學(xué)生都不敢翹課，但是校園里溜進(jìn)了一批調(diào)皮搗蛋的朋友，他們“潛伏”在各個班級的后門口，慫恿坐在門口的學(xué)生偷偷地溜出來，這樣溜出的同學(xué)成了“自由電荷”，具備了“導(dǎo)電”的條件。如玻璃本來是不導(dǎo)電的，但給玻璃加熱，玻璃也能夠成為導(dǎo)體。加熱的原理就相當(dāng)于那些調(diào)皮搗蛋的朋友慫恿學(xué)生翹課一樣，讓玻璃中本來被原子核束縛的電子擺脫了原子核的束縛而成為了自由電荷。