金属导电性
金属的导电性与导热性.
金属的导电性与导热性姓名：马丽萍物理教育 Z1101班金属的导电性与导热性物理系Z1101班马丽萍一、导电性物体传导电流的能力叫做导电性。
各种金属的导电性各不相同，通常银的导电性最好，其次是铜和金。
固体的导电是指固体中的电子或离子在电场作用下的远程迁移，通常以一种类型的电荷载体为主，如：电子导电，以电子载流子为主体的导电；离子导电，以离子载流子为主体的导电；混合型导体，其载流子电子和离子兼而有之。
除此以外，有些电现象并不是由于载流子迁移所引起的，而是电场作用下诱发固体极化所引起的，例如介电现象和介电材料等。
1.1 导电的概述导电即是让电流通过1.2导电性的解释物体导电的能力。
一般来说金属、半导体、电解质和一些非金属都可以导电。
非电解质物体导电的能力是由其原子外层自由电子数以及其晶体结构决定的，如金属含有大量的自由电子，就容易导电，而大多数非金属由于自由电子数很少，故不容易导电。
石墨导电，金刚石不导电，这就是晶体结构原因。
电解质导电是因为离子化合物溶解或熔融时产生阴阳离子从而具有了导电性。
1.3理论由来最早的金属导电理论是建立在经典理论基础上的特鲁德一洛伦兹理论。
假定在金属中存在有自由电子，它们和理想气体分子一样，服从经典的玻耳兹曼统计，在平衡条件下，虽然它们在不停地运动，但平均速度为零。
有外电场存在时，电子沿电场力方向得到加速度a,电子产生定向运动，同时电子通过碰撞与组成晶格的离子交换能量，而失去定向运动，从而在一定电场强度下，有一平均漂移速度。
根据经典理论，金属中自由电子对热容量的贡献应与晶格振动的热容量可以相比拟，但是在实验上并没有观察到，这个矛盾在认识到金属中的电子应遵从量子的费米统计规律以后得到了解决。
根据费米统计,只有在费米面附近的很少一部分电子对比热容有贡献。
另一个困难是根据实验上得到的金属电导率数值估算出的电子平均自由程约等于几百个原子间距，而按照经典理论，不能解释电子为什么会有如此长的自由程。
金属导电性排序
金属导电性排序
一直以来，人类就一直研究金属的特性。
金属是在许多种类中都具有重要地位的物质，而且金属的特性决定了它在实际应用中所具有的价值。
其中最重要的一项性质就是金属的导电性。
金属的导电性是指金属的能力，使电子、离子或其他电荷的流经物质的物理性质。
对于导电性的研究是电力学的一个重要方面，金属的导电性研究也是这一领域的一个重要研究内容。
金属的导电性可用于排序各种金属的性质。
根据金属的导电性，可以分为三类：金属和合金，非金属和半导体。
首先是金属和合金，金属和合金都具有良好的导电性。
例如，铜、铝、铜等金属都具有很好的导电性。
此外，合金也具有很好的导电性，例如铜镍合金和钢和锰合金。
其次是非金属，非金属具有较差的导电性。
常见的例子就是矿物质，例如硅、石墨、氧化锰等，这些物质的导电性都很差。
此外，非金属还包括玻璃，它也不具有良好的导电性。
最后是半导体，半导体具有一定程度的导电性，但是需要电压或热能的驱动才能达到有效的导电效果。
常见的半导体材料有硅、硒、硫化物和硫磷化合物等，它们的导电性介于金属和非金属之间。
综上所述，不同类型的金属的导电性可以用来对金属的性能和用途进行排序。
金属的导电性排序可以为工程设计提供有用的依据，并帮助我们在选择材料时作出正确的决定。
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金属的导电性实验
金属的导电性实验金属的导电性是其重要特性之一，也是其广泛应用于电子、电工等领域的基础。
本文将介绍金属的导电性实验及其原理，以便更好地理解金属导电的相关知识。
一、实验目的本实验的目的是通过实验方法验证金属的导电性，并进一步了解导电性的原理。
二、实验材料和设备1. 金属导线：如铜线、铁线或铝线等。
2. 电池：一节9V的电池。
3. 灯泡：一个电灯泡。
4. 杯子：可放置灯泡并装满水的杯子。
5. 电线夹：用于夹住金属导线和灯泡的电线接口。
三、实验步骤1. 将电池的正极与金属导线的一端相连。
2. 将金属导线的另一端与灯泡的底座相连。
3. 将灯泡的另一端放入装满水的杯子中。
4. 将电池的负极与装有水的杯子的边缘相连。
四、实验观察与分析1. 当金属导线与灯泡连接并通电后，灯泡是否亮起？2. 如果灯泡亮起，光亮强度如何？3. 当将灯泡从水中取出后，灯泡是否继续亮起？根据实验观察与分析，我们可以得出以下结论：金属导线连接电池和灯泡后，灯泡会亮起，说明金属导线具有很好的导电性。
灯泡的光亮强度与金属导线的导电性能有关，不同材质的金属导线可能导致不同的光亮程度。
此外，即使将灯泡从水中取出，只要金属导线保持连接，灯泡仍然能够继续亮起，说明金属导线的导电性能不会受到水的影响。
五、实验原理解析金属的导电性是由于金属内部存在大量的自由电子。
在金属中，金属离子的排列形成了一个晶格结构，在晶格中存在着不受束缚的自由电子。
当外加电场作用于金属时，自由电子能够在金属内部自由移动，从而完成电流的传导。
在本实验中，将金属导线连接到电池的正负极上，形成了一个电路。
当电池通电后，正极生成正电荷，负极生成负电荷。
由于金属导线内部存在大量的自由电子，正电荷和负电荷之间的电场力作用使自由电子在金属导线中向正电荷的方向移动，从而形成了电流。
当电流通过灯泡时，灯泡内部的导体受到电流的作用而发光。
六、实验注意事项1. 在进行实验前，确保电源电压和电线连接正确。
金属冶炼中的导电性与导热性
测量条件：在室温下进行测 量
测量方法：使用电阻率测量 仪和热导率测量仪
测量结果：金属冶炼后导电 性和导热性均有所提高
影响因素：金属冶炼过程中 的温度、压力和化学成分等
PART FIVE
导电性与导热性是金属冶炼中的两个重要参数
导电性影响金属的电化学性能，如电导率、电阻率等
导热性影响金属的热力学性能，如热导率、热扩散系数等
导电性与导热性之间存在一定的关联性，如导电性好的金属材料通常导热性也较好
导电性与导热性的关联性对于金属材料的选择和应用具有重要意义
导电性：金属在冶炼过程中需要良好的导电性，以保证电流的稳定传输和电能的有效 利用。
导热性：金属在冶炼过程中需要良好的导热性，以保证热量的均匀分布和温度的有 效控制。
关联性：导电性和导热性在金属冶炼工艺中具有密切的关联性，良好的导电性和导热 性可以保证冶炼过程的顺利进行和金属质量的提高。
导电性与导热性相互影响，共同影响金属冶炼过程中的能量转 换和传输效率
提高导电性和导热性可以提高金属冶炼的效率和质量
降低导电性和导热性可以减少金属冶炼过程中的能量损失和污 染排放
导电性与导热性是金属材料性能的两个重要指标 导电性是指金属材料在电场作用下的导电能力 导热性是指金属材料在温度梯度作用下的传热能力
金属的晶体结 构：金属的晶 体结构会影响 其导热性，如 晶格常数、晶 格缺陷等
金属的温度： 金属的导热 性随温度的 升高而增加
金属的纯度： 纯度越高的 金属，其导 热性越好
金属的表面状 态：金属的表 面状态会影响 其导热性，如 表面粗糙度、 表面氧化等
热处理：金属在加热或冷却过程中，导热性可以影响其性能和形状 热交换器：金属导热性用于制造高效热交换器，如汽车散热器、空调等
金属具有什么四大特性
金属四大特性
金属：具有导电性、导热性、硬度大、强度大、密度高、熔点高、有良好的金属光泽等物理性质；同时，金属的化学性质活泼，多数金属可与氧气、酸溶液、盐溶液反应。
值得强调的是，一些金属具有特殊的物理性质，如：钨的熔点极高，铜的导电性良好，金的展性好，铂的延性好，常温下的汞是液态等。
此外，合金相对于金属，具有更好的耐腐蚀性、硬度和强度更大、熔点低等特性。
扩展资料：
在自然界中，绝大多数金属以化合态存在，少数金属例如金、银、铂、铋以游离态存在。
金属矿物多数是氧化物及硫化物，其他存在形式有氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐。
属于金属的物质有金、银、铜、铁、锰、锌等。
在一大气压及25摄氏度的常温下，除汞（液态）外，其他金属都是固体。
大部分的纯金属是银白（灰）色，只有少数不是，如金为黄赤色，铜为紫红色。
金属大多带“钅”旁。
除锡、锑、铋等少数几种金属的原子最外层电子数大于或等于4以外，绝大多数金属原子的最外层电子数均小于4，主族金属原子的外围电子排布为ns1或ns2或ns2 np(1-4)。
过渡金属的外围电子排布可表示为(n-1)d(1-10) ns(1-2)。
主族金属元素的原子半径均比同周期非金属元素（稀有气体除外）的原子半径大。
3金属的导电性能
晶格畸变↑ 电子波散射
电阻↑ 强度和硬度↑ 内应力↑
冷变形度小于10%时，电阻略有增大；
冷变形度超过10%时，电阻有明显增大。
b. 合金
冷变形使电阻增大。
5. 热处理(退火)——利用加热的方法来改变金属 材料的组织结构的方法称。
①金属材料冷变形后 电阻↑ 内应力↑ 硬度↑ 塑性↓ 导电性 ↓ 称冷加工硬化，简称“冷作硬化”
试验表明，只要样品处于超导态，它始终保持内部 的磁场为零，外部磁力线统统排斥之外，超导体是一个 理想的抗磁体，并且超导体内的磁感应强度B为0。这种 完全抗磁性的基本特征也称为迈斯纳效应。
T=Tc
正常态
超导体
正常态磁场的分布
超导态磁场的分布
名词解释： 超导体——具有超导电性的物质称为； 超导态——把超导体以零电阻为特征的物质状态称为； 正常态——超导体有电阻时的状态称为； Tc —— 把处于正常态的超导体转变为零电阻的超导体
所对应的温度称为临界温度。 Hc—— 使超导体的超导态受到破坏而转变为正常态所
需的磁场强度称为临界磁场强度； Ic—— 当通过超导体的电流达到一定数值时，所产生
的磁场也可以使超导态受到破坏，这时的电流称 为临界电流。
目前已发现有27种化学元素和数千种合金、化合 物具有超导电性。
不是超导体
一价金属银、铜、金(良导体) 铁磁体及反磁性金属铁、钴、镍
b. 正离子在本身的 位置上做激烈的 热振动；
b) 加电场 图 自由电子的定向移动
-e(质量为m的电荷)
看后面动态图
c. 质量为m的自由电子在电场力 f = -eE 的作用
下沿外力方向以运动速度 v 的形式加速运动;
正离子
+
金属的导电性
思考题： • 在铝导线中添加何种元素可使其固溶强化，以供高压输电 线使用？为什么？ • 晶体缺陷对电阻率有何影响？用电阻法研究金属的晶体缺 陷时为什么电阻测量要在低温下进行？
T
ρT：溶剂组元的电阻率，与T有关； ρ′ ：残余电阻率，与T无关。
ρ-T曲线：对于同一溶剂的一系列固溶体的斜率相同，且在常 温以上dρ /dT为常数，而不取决于杂质的浓度。
溶剂和溶质金属的原子价差与电阻率的关系
将马基申定律修正：
T
a b(ZZ Z J )2
0℃与 ρ0的关系
T＜ ＜ θD T ＞ θD
T 0 (1 T T 2 T 3 )
对于非过渡族金属，当T ＞ θD时，可写为：
T 0 (1 T )
α：电阻温度系数，表示0 ~T℃温区的平均电阻温度系数。
真电阻温度系数αT ：温度间隔趋于零时，在温度T时的电阻温 度系数。
规律： • 连续固溶体合金成分距组元越远，电阻率也越高； • 二元合金：最大电阻率常在50％原子浓度处，而且可能比组 元电阻高几倍； • 铁磁合金及强顺磁合金电阻率极大值在浓度较高处，一般不 在50％原子处； • 贵金属与过渡族金属组成的固溶体不仅电阻率极大值出现在 较高浓度处，且电阻异常高。
固溶体的电阻与温度的关系 一般规律：固溶体的电阻通常随温度的升高而增大，但电阻温 度系数总小于纯金属，且与电阻率一样随成分而变。 低浓度固溶体电阻率与温度的关系：
(T ) 残
T
2
低温，ρ残起主导作用，缺陷的类型和数量决定了电阻。
除低温外其他温度
与 θD的关系
ρ(T)起主导作用，点阵的热运动在不同温区存在差异，主要 可根据划分为两个温区，在两个温区的电阻变化规律为：
金属导电性的测量实验报告
金属导电性的测量实验报告实验目的：测量不同金属材料的导电性能，并比较它们之间的差异。
实验器材：1. 电源2. 电流表3. 电压表4. 导体材料（铜线、铁线、铝线等）5. 连接线6. 示波器（可选）实验原理：金属导电性是金属材料的一种重要特性，通常用电导率来描述。
电导率（σ）是指单位长度和单位横截面积的金属导体通过电流时所能导电的能力。
根据欧姆定律（Ohm's Law），电流（I）与电压（V）之间的关系为I = V/R，其中R是电阻。
电导率则定义为导体单位长度上的电量与电压之比，即σ = I/(A × V)，其中A是导体的横截面积。
实验步骤：1. 将电流表和电压表分别接入实验电路中，确保电路连接正确并稳定。
2. 准备好不同金属导体材料，如铜线、铁线、铝线等。
3. 依次将不同金属导体材料接入电路中，连接好电源，并调节电流大小，确保测量范围适中。
4. 分别测量每个金属导体材料的电流值和电压值，并记录下来。
5. 根据测量结果计算出每个金属导体材料的电阻和电导率，并记录下来。
6. 分析比较不同金属导体材料的电导率，探究其差异的原因。
实验结果：在测量过程中，我们得到了以下数据：1. 铜线：电流值为I1，电压值为V1；2. 铁线：电流值为I2，电压值为V2；3. 铝线：电流值为I3，电压值为V3。
通过计算，我们得到不同金属导体材料的电阻和电导率如下：1. 铜线：电阻为R1，电导率为σ1；2. 铁线：电阻为R2，电导率为σ2；3. 铝线：电阻为R3，电导率为σ3。
实验讨论：根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 铜线具有较低的电阻和较高的电导率，说明它是一种良好的导电材料。
2. 铝线具有较高的电阻和较低的电导率，说明它相对于铜线来说导电性较差。
3. 铁线的导电性能介于铜线和铝线之间。
这种差异主要是由于金属导体内部的自由电子的运动性质不同所导致的。
在铜线中，自由电子的数量较多且能够自由运动，因此导电性能较好。
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§2.3 金属的导电性
•依据量子力学，认为电子在点阵中并不直线移动，而是像光线那样，按波动力学的规律运动。
各个波在原子上被散射，然后互相干涉并连续地形成波前。
•按照量子力学的概念将电导率加以修改，可得
•表明：对一定的金属来说，其电导率随着散射的几率p而变化。
•散射量和特征温度成正比。
可以设想具有理想点阵(无畸变)的金属在0K下电子波是被散射的，和电导率应为无限大，所以电阻等于零。
而当加热时，随着热振动的增加，减小，电阻增大。
2 影响金属导电性的因素
（1）温度的影响
温度升高导致离子振动加剧，使电阻增大。
电阻和温度的关系常用下述公式来表示。
式中称为平均电阻温度系数。
（2）应力的影响
•在弹性范围内单向拉伸或者扭转应力能提高金属的电阻率。
•应力使电阻增加是由于在拉伸时应力使原子的间距增大而造成的，但在单向压应力作用下，对于大多数金属来说使电阻率降低。
（4）热处理的影响
•冷加工后进行退火，可以使电阻率降低，特别是经过较大的压缩以后，在100℃退火可看到明显的恢复。
•金属在冷加工后，电阻随着退火温度的升高而下降，但当退火温度高于再结晶温度时，由于再结晶后新晶粒的晶界阻碍电子运动，电阻反而又增加。
•淬火能够固定金属在高温时空位的浓度，从而产生残留电阻。
空位浓度愈高，残留电阻愈大。
且随着淬火加热温度的增高，空位的浓度愈大。
3 合金的导电性
•合金的导电性与合金的成分，组织有关。
•（1）固溶体的电阻
当一个合金形成固溶体时，一般的规律是电导率降低，而电阻率提高。
•冷加工对固溶体如同对纯金属的影响一样使电阻增大，而退火时则使电阻减小，当对固溶体进行冷加工和退火时，即使是浓度较低的固溶体，其电阻的改变也较相同条件下纯金属电阻的改变大得多。
（2）金属化合物的电阻
•由于组成了金属化合物，原子间的金属键部分的改换成了共价键或离子键，使有效电子数减少
了，故导致金属化合物导电性能变差。
•金属间的化学作用使结合的性质发生了变化，也常常使形成的一些化合物成为半导体，甚至完全消失导体的性质。