鄭靖東

我們?cè)诳茖W(xué)或物理課上都學(xué)過(guò)電學(xué)的基本知識(shí)，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(gè)章節(jié)中的相關(guān)知識(shí)捋一捋，拓展一下，一同來(lái)揭開(kāi)其中的奧秘吧！

為什么不同的物體導(dǎo)電性會(huì)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(dòng)的條件，但冰就不能，它是固態(tài)的，失去了自由流動(dòng)的條件，所以同樣是水，冰不能形成水流。當(dāng)然，水庫(kù)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?dòng)的自由運(yùn)動(dòng)。如果把水庫(kù)的閘門打開(kāi)，客觀條件變了，那么水庫(kù)里的水會(huì)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(lái)看，物體內(nèi)部含有我們無(wú)法看到，甚至連光學(xué)顯微鏡都無(wú)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(duì)于電子來(lái)說(shuō)質(zhì)量和體積都很大且?guī)д姡佑谠拥闹行?，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(yáng)系的8 大行星圍繞著太陽(yáng)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(kù)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(duì)固定的，幾乎不能自由移動(dòng)。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(dòng)，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(duì)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(duì)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(dòng)，這些可以隨意移動(dòng)的電子被我們稱為“自由電荷”，自由電荷就相當(dāng)于水庫(kù)中液態(tài)的水;而有的原子核對(duì)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(dòng)，就相當(dāng)于水庫(kù)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(méi)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(huì)在電壓的作用下沿著相同的方向移動(dòng)，從而形成了電流。

物體內(nèi)部的自由電荷過(guò)于微小，物體的導(dǎo)電機(jī)理我們無(wú)法直接看到，但我們可以用一個(gè)形象的比喻來(lái)加以說(shuō)明。我們把一個(gè)物體比作一所學(xué)校，把一個(gè)原子比作這所學(xué)校的一個(gè)班級(jí)，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(huì)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(shí)如果校門口出現(xiàn)好吃的、好玩的東西時(shí)，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(dòng)，就形成了“人群流動(dòng)”，這種人群流動(dòng)就相當(dāng)于電流。相反，有的學(xué)校很嚴(yán)，班級(jí)老師管控能力很強(qiáng)，上課期間沒(méi)有一個(gè)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(shí)，也沒(méi)有一個(gè)學(xué)生能溜出教室奔向校門口，這樣就不會(huì)出現(xiàn)“人群流動(dòng)”，也就相當(dāng)于不會(huì)形成電流。

可見(jiàn)，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(méi)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(duì)的，它們也可以相互轉(zhuǎn)化。如管控很嚴(yán)的學(xué)校，本來(lái)每個(gè)班級(jí)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(gè)班級(jí)的后門口，慫恿坐在門口的學(xué)生偷偷地溜出來(lái)，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(lái)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(lái)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。