如果所有金属都能形成金属键,那么为什么有些金属比其他金属能传导更多的电?

时间:2020-12-17 09:02:33   作者:
其中一个原因是电子的数量,但电子数量在不同金属之间变化不大,不足以阐明电导率的差异。

另一个原因,也是主要原因,是由于散射效率的不同。当施加电场时,电子受到力的作用。这个力对应一个加速度,但是这个加速度不可能永远持续下去。一段时间后,电子将被金属或声子(基本上是原子由于温度的振动)中的缺陷所散射。这就是为什么当金属变形(引入更多缺陷)或温度升高(振动更多)时,电导率会降低。

除了对缺陷数量和温度的依赖外,散射的固有效率也因不同的金属而不同。一个原因可能是没有太多的状态可以分散到。就像分子中的电子只能占据具有离散能级的特定状态一样,金属中的电子只能占据特定的导电或移动状态。电场将电子拉向向优先方向运动的状态。散射将电子移动到随机状态,沿随机方向移动,基本上使它们重置如下图所示。

如果所有金属都能形成金属键,那么为什么有些金属比其他金属能传导更多的电?

在这个图中,x轴和y轴可以(不是很正确,但在这里是充分的)解释为在x和y方向上的速度。一个指向x方向的电场使原本在随机方向运动的电子,用白色圆圈表示,在与电场相反的方向上的平均速度,用灰色圆圈表示。散射则相反。这就要求空态散射,空态越多,电子就越容易散射。

铜就是一个很好的例子。铜每个原子只有一个自由电子,所以它的导电性不太好,但我们都知道,它的导电性很好。这就是为什么我们用它来做电缆。原因是铜没有太多的自由电子(被占据的导电态),它也没有太多的空导电态。这意味着电子不太可能被散射,因此可以达到更高的速度。
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