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为啥金属导体自由电子热运动是在原子之间跳来跳去互相交换位置的？能用库仑作用解释一下吗？

为啥是【互相交换位置】的呢？能用库仑作用帮忙分析一下吗？

2025-03-24 14:13:31

推荐回答（4个）

回答1：

处在晶体里的电子都不是完全自由的。在原子核的作用下，电子们会“扎堆”形成一条条所谓的“能带”。能带中都包含很多电子。每条能带里面最多包含的电子数量也是固定的。

能带是有能量的，每条能带的能量不同。电子在晶体中会想要去能量低的状态，所以往往会先“占据”能量最低的能带。如果能量最低的能带被填满了，那么剩余的电子就会进入能量稍高些的能带。所以能量较低的几条能带都是填满的，但是能量最高的一条能带有可能填满也有可能填不满。这也就是低温情况下的费米分布。

这些和导电性又有什么关系呢？实际上，填满的能带，也叫满带，有一个很神奇的性质：受到外电场时，能带中电子的运动会相互抵消，宏观表现就是在外电场中没有电流。而半满的能带中，电子在外电场中的运动则不会被完全抵消，宏观表现就是可以导电。

在固体物理中，金属实际上就是有半满能带的晶体，绝缘体则是能带全部被电子填满的晶体。而即使在金属中，对导电有贡献的也只是最上方的能带，下方的低能能带中的电子是不会传导电流的。

但是我们的讨论还没有结束。如果某种晶体中只有填满的能带，但是能量最高的满带和上方能带的能量差（即所谓的“带隙”）较低，只有 [公式] 左右或者更小。那么最上方的满带电子就很容易被激发到它上方的能带中，形成半满的能带，就可以导电了。也就是说，这种晶体平时不能导电，但是受到一些刺激之后就可以了。这也就是我们所说的半导体。

回答2：

力的方向如图，若以表示相对于的位矢，其大小为||=，方向从指向，则电荷受到的作用力，可用矢量形式的库仑定律来表示，即式中，是沿方向的单位矢量，它标志位矢的方向。上式中，若与是同种电荷，乘积>0，沿的方向，表示为斥力；若与是异种电荷，< 0，沿反向，表示为引力。在国际单位制中，电荷的单位是C(库)，距离的单位是m(米)，力的单位是N(牛)，这时，库仑定律中的比例系数k≠1，根据间接的实验推断，其值为。计算时，我们通常取近似值：
通常，我们引入一个新的常量来取代。由于是常量，所以也是一个常量，其值可记为，即：=。由此，可表示成如下形式：这样，真空中库仑定律便可完整地表示成如下的常用形式，即
需要说明再一次强调，库仑定律只适合于两个点电荷的情况。
在一般情况下，对于两个以上的点电荷，实验证明：其中每个点电荷所受的总静电力等于其他点电荷单独存在时作用在该点电荷上的静电力之矢量和。这就是静电力的叠加原理。也就是说，不管周围有无其他电荷存在，两个点电荷间的相互作用力总是符合库仑定律的。设、、…、分别为点电荷、、…、单独存在时对点电荷作用的静电力，则所受静电力的合力(矢量和)为
上式即为静电力叠加原理的表达式。

回答3：

电离的气体也能导电（气体导电），其中的载流子[1]是电子和正负离子。通常情形下，气体是良好的绝缘体。如果借助于外界原因，如加热或用X射线、γ射线或紫外线照射，可使气体分子离解，因而电离的气体便成为导体。电离气体的导电性与外加电压有很大关系，且常伴有发声、发光等物理过程。电离气体常应用于电光源制造工业。气体由于外界电离剂作用下的导电称为气体的非自持放电。随着外加电压增大，电流亦增大，电压增大到一定值时非自持放电达到饱和，继续再增加电压到某一定值后电流突然急剧增加，这时即使撤去电离剂，仍能维持导电，气体就由非自持放电过渡到自持放电。气体自持放电的特性取决于气体的种类、压强、电极材料、电极形状、电极温度、两极间距离等多种因素。条件不同，自持放电采取不同的形式，有辉光放电、弧光放电和电晕放电等。气体的非自持放电和自持放电有许多实际应用。[2]
其他导电介质
电的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。绝缘体在某些外界条件（如加热、加高压等）影响下，会被“击穿”，而转化为导体。绝缘体或电介质的主要电学性质反映在电导、极化、损耗和击穿等过程中[1]。
现今通常把例如锗（Ge）、硅（Si）等一类导体称为半导体。这类导体的电阻率介乎金属与绝缘体之间，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。与金属或电解液的情况不同，半导体中杂质的含量以及外界条件的改变（如光照，或温度、压强的改变等），都会使它的导电性能发生显著变化。[1]
指导电材料在温度接近绝对零度的时候，物体分子热运动下材料的电阻趋近于0的性质。“超导体”是指能进行超导传输的导电材料

回答4：

金属导体自由的电子运动的话，在原子调来调去之间也是可以互相的或者转位置。

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