物体导电机理.docx

1、物体导电机理物体导电机理-半导体导电-极 化假说广东省博罗高级中学（516100 ）林海兵摘要：有的物体之所以能够导电，不是因为它有自由电子，有的物体 之所以不能导电，也不是因为它没有自由电子；物体能否导电，最关 键的是构成物体的原子与原子之间的间距大小。关键词：导体，绝缘体，导电，自由电子，原子间距，原子极化1导体、绝缘体和自由电子一说到物体是否导电，我们第一反映就是因为导体中有自由电子而绝 缘体中没有自由电子，所以导体能够导电而绝缘体不能导电。可见，自由电子”学说在人们心目中有多大的地位，给人们造成多大的思维 定势。自由电子”是否存在于导体之中，人们不得而已，可它几乎存 在于我们所有的现代

2、人的脑海中。事实上，我们的物理学，几乎是由一个个的 假说”堆积起来的，自由电子”不外乎也是一个假说，它 万有引力”、分子电流”等假说具 有同等的地位，这些假说共同构成了我们现有的经典物理体系。 它们都是正确的吗？未必！您不见，经典物理学不是存在着许多无法克服 的矛盾吗！为什么会出现这么多的矛盾？问题并不是出在其他地方， 而是出在这些假说之中，因为这些假说并不是一个有机结合的统一 体，因为在它们的提出之时，只是仅仅为了解释某一个个别的现象， 可是，我们后人却把这些为了解释某个个别现象而提出的假说硬梆梆 地凑合在一起，想当然地用它用解决我们见到的所有的物理现象与实 验定律，试问这有可能吗？经典物理

3、学在遇到许多无法解决的矛盾之后，我们不但没有回过头去 检查一下作为物理理论基础一个个的假说，而我们采用非常偏激的做 法一一又提出一些新的假说，试问这样能得到正确的结果吗？我们只 能眼睁睁看着物理学一步步地走进了死胡同！ 而更可怕的问题并不是 物理学已经走进了死胡同，却是我们还不知道它已经走进了死胡同！ 物质世界是一个有机结合的整体，反映物质运动规律的物理学也应该 是一个有机统一的理论体系，而不应该是一个个没有什么联系的假说 简单地凑合，更不应该是一块块各自为政的王国领地。 要改变物理学 的现状，我们首先要做的事情就是把构成物理学一个个的假说抽出来 检查审核，其实，笔者今天要做的也就是对 自由电

4、子”的审核工作。经典物理学认为导体内部存在大量的 自由电子”，而所谓 自由电子”，是指已经脱离了原子核的束缚，游离在原子核之外的电子。可 见，如果果真导体内有 自由电子”，因为它脱离了原子核的束缚，它 相对于原子核是自由的，它不再受原子核的任何束缚，而导体的本体 又是由位置固定不动的一个个的原子核构成的，这表明这些 自由电 子”相对于整个导体本体也是 自由”的。也正因为这样，才可能当导 体接上电源而形成闭合回路时，这些 自由电子”才相对于这些原子核 以及导体本体发生了运动，产生了电流。可是，如果真的这样，当一 个导体的本体在某个不平衡的环境中发生属性运动时， 而因为导体内 的自由电子”并没有受

5、到相应的不平衡环境的作用，这些 自由电子 则应该保持原来的静止状态，因此导体本体与 自由电子”将发生相对 运动，自由电子”脱离导体本体。然而，在实际的实验观察时，我们 根本就没有发现有这样的现象。实际上，这已经足以证明导体内没有 自由电子”这用法律语言来讲是 一票否决”导体内部没有自由电子，绝缘体内部也没有自由电子，任何物体内部 都没有自由电子，导电并不是依靠自由电子，导热也不是依靠自由电 子。2电动势的形成形成电动势的非静电场（比如林氏电场）都不是电性子密度梯度场， 这些场主要是由电性子的运动形成， 正因为如此，非静电场中的电性 子运动在导体内部实际又形成了电性子的密度梯度场 （非静电平衡电

6、 场），故一个电源中通常有两个场 非静电场与非静电平衡电场， 它们大小相等方向相反，使电源导体内部的电子处于一个叠加的平衡 环境中，同时，在电源导体两极出现了电性子密度差， 这就是电源的电动势3物体的导电原理电源电动势不是因为 自由电子”的定向移动在电极上聚集而成，电流 也不是因为 自由电子”的定向移动形成，那么，为什么导体能够导电 而绝缘体不能导电呢？事实上，笔者在电源论、电源论（二） 等文提出最初提出的林氏电源模型中的 原子极化”就给出非常好的 解决方案。所有物体原子结构中的电子，它们都受到其原子核周围阳性子密度梯 度场环境的束缚，使这些电子与原子核共同构成一个运动实体。 在原 子核周围的

7、阳性子密度梯度场环境中，电子的运动可以说是自由的， 只要有相关的不平衡，电子就会向相应的方向发生属性加速运动； 可 是，电子也是束缚的，不管它向着那个方向发生属性加速运动， 它都不可能摆脱原子核周围的阳性子密度梯度场， 除非外界的不平衡因素 确实非常大，大于电子运动空间区域的阳性子密度梯度， 而这么大的 不平衡因素在外界通常是比较难于实现的，即使是电动势很大的电 源，它所能给电路导体中提供的电性子密度梯度场（电压分配电场） 的不平衡程度也只是很小的。可是，尽管外界的不平衡因素虽然不足以克服原子核对电子的束缚,却足以对电子的运动产生干扰，包括对其速度大小、速度方向的干扰， 于是使电子的运动轨道产

8、生可以预测的影响。 当我们给一个导体加以 一个方向恒定的电性子密度梯度场 （可以是库仑电场，也可以是电压 分配电场），则原子核外电子的运动轨道发生椭圆形的变化，而且椭 圆的长轴一定在电场的方向上。这种现象就也是笔者在电源论 、电源论（二）等文中所说的原子极化。我们知道，所有的物体（包括导体、绝缘体以及其他的宏观物体）都 是由一个个的原子堆积而成，原子之间一定存在着或大或小的距离， 原子间隙中与我们所说的真空一样， 这些空间其实并不是真空，这里 存在着与真空中密度相等的自由态的阴阳电性子与中性子， 正因为密度相等，这些自由态粒子才没有向某个方向发生扩散运动。 通常情况下，原子核外外层电子的运动轨

9、道还在原子核的阳性子密度梯度场 中，其运动空间的中性子密度要比原子间隙空间小， 这使原子的最外 层电子在运动过程中可能激发也可能并不激发中性子波动， 总之，在正常情况下中性子的激发量并不是很大， 可是，随着温度升，一方面 原子最外层以及整个原子所有电子的运动轨道半径都增大， 使所有电子在运动过程中接触中性子的机会增大， 另一方面，阴阳电性子合成 为中性子速率也增大，使各层电子运动轨道位置的中性子密度剧增， 于是，中性子波动的激发量也剧增，而且激发的频率也逐渐增大。这些似乎都与物体导电无关，但是，笔者还是要在这里作简单的讨论，不是没有间隙地堆在一起的。笔者认为，物体的导电性能与原子最外 层电子的

10、运动半径大小、原子间隙有关，在一般情况下，原子最外层 电子运动半径越小，电子运动频率越大，其原子间隙就也越大，其导 电性能也就越差；而原子最外层电子运动半径越大， 电子运动频率越 小，其原子间隙也就越小，其导电性能越也就越好。原因是一一当 原子最外层电子运动半径越大，电子运动空间中原子核形成的阳性子 密度梯度越小，电子受其影响也越小，外界电场对其作用也就越大， 当原子极化时形成的椭圆的长轴也越长；原子间隙小，原子极化时， 一个原子的最外层（甚至是次外层）电子形成的长轴就有可能接近（等 于甚至大于）原子的间隙，于是，当它们远离原子核时，实际上已经 进入了电场方向上的另一个原子核的阳性子密度梯度场

11、空间范围。 原来的原子核从此失去对这个（些）电子的束缚权，在此同时，又有新 的电子已经落入它的不束缚环境中； 而对于这个（些）电子虽然已经 不再原来原子的束缚，却又受到新的原子核的束缚。 可见，电子在形 成电流过程中，并不是我们想象中的 自由电子”作定向的直线运动形 成的，这些电子一边绕着众多的原子作椭圆运动， 一边在电场方向上 发生定向运动。于是，在一定电场强度下，原子最外层电子的极化长度能否触及下一 个原子的阳性子密度梯度空间区域，成为电荷能否定向运动形成电流 的必要条件，可见，如果物体原子间隙太大，在一般电压下是不可能 形成电流的，而只有高压情况下，在物体之间形成极为强大的电场， 使原子

12、极化长度与原子间隙足够接近时才可能形成电流的，而这时， 电流从一直以来几乎为零突然上降到某一个数值，于是人们把它称为 击穿。笔者认为金属的原子间隙是所有物体中最小的， 几乎可以认为是密密 集集地堆在一起，所以，我们在金属导体两端加上一个很小的电压， 在其内部产生一个强度很小的电场，原子发生微小的极化就可以足以 使其极化长度达到原子间隙的大小，使金属顺利地导体而成为良导 体。可见，笔者在暗物质寻踪（四）的预言一一只要能把某种物 质（非金属）原子的距离压缩到金属原子的致密距离， 这种物质也能 导电。如果有可能，恐怕惰性气体也能导电。在高温实现超导，可以 考虑压缩物体，减小原子之间间隙，减小物质中的

13、中性子的方法 一 是有一定依据的，这从一定程度上也说明，导体与绝缘体并不是绝对 的，它们在一定情况下是可以转化的， 比如，我们在纯净水中加入某 种溶解性盐时，盐分子（原子）已经渗入到水分子的间隙中，减小了 它们原子之间的间隙，水的导电性能得到了很大的改善，4假说与假说的区别自由电子”导电理论是假说，同样地，笔者的 原子极化”导电理论也 是假说，同样假说，但是它们之间却有着本质的区别 一一是否建立假说的基础。对于 自由电子”，它根本无需什么建立的基础，直接地， 为了解释导电而假设；而对于 原子极化”，它建立在对导体内部的不 平衡环境即电压分配电场的基础上，因为电场的存在必然地使原子核 外电子的运

14、动轨道受到影响。解释物体导电时，自由电子论”存在 着 要么物体导电，要么物体不导电”与实际情况相矛盾的结论出现， 因为 自由电子论”认为，导体之所以导电，是因为导电中存在 自由电子”而绝缘体不导电则因为它没有 自由电子”，然而，即使是绝 缘体，我们之所以称之为绝缘，其实只是其电阻率很大的缘故， 并不 是因为它真的不导电，或者说，在相同电压下，其电流强度很小，几 乎为零而已，这就是说，形成绝缘体的原因并不是它内部没有 自由电子”，只是它们原子之间间距很大，偶尔某些原子之间可能掺杂有 其他的原子，从而减小原子间隙，达到了导电距离。可这种掺杂原子 的密度大小了，以致形成导电的电子密度很小，形成的电阻

15、率很大（在 论物体的导电性能一文中，我们已经知道物体电阻率与导电电子 的密度成反比，）。而 原子极化”论解释物体导电，则只需分析物体 原子的间隙，不会一切地得到物体要么导电要么不导电， 只为即使原 子间隙很大的物体，这些原子之间也极有可能掺杂进了许多其他原 子，使物体的某些区域（部分）的原子间隙达到导电需要的大小，而 这些掺杂原子的密度就决定了物体的导电性能差异。 自由电子”根本无法解释电流发热。热就是中性子红外频段的波动，电流发热， 意味着电流流动时激发了红外频率的波动， 更是指出电荷的运动是具 有频率特征的，然而，如果是 自由电子”，它们在电场中只是作匀速直线运动，又何来频率，又怎样激发红

16、外频率的波动呢？ 原子极化”则不同，它认为电子并不自由，承认了电子本来就在绕其原子核运动， 而原子核最外层电子的运动频率就等于红外光波的频率， 这些电子在电场中运动时虽然发生了极化，而其频率改变并不大，它激发中性子 运动时，中性子的运动属于受迫振动，其频率当然等于电子的运动频 率。自由电子”只是一个孤立无援的假说，可以说，它与经典物理 学中其他所有假说没有任何联系， 如果说有，那也是相当牵强的，它 们之间根本就是各自为政！甚至是相互矛盾的。 原子极化”则不同，它与暗物质物理理论体系的其他所有假说一起，共同构成了一个有机 统一的、自洽的理论体系。完稿于2006年10月30日星期一注释：什么是极化

17、现象?（化学）极化分类电子极化：在外电场作用下，电子云相对原子核发生微小位移， 使电 中性的原子形成一个很小的电偶极子。离子极化：在外电场作用下，构成分子的正负离子发生微小位移， 使 分子形成一个很小的电偶极子。取向极化：在外电场作用下，原来无序排列的有极分子转为有序排列，形成合成电矩。一般单原子介质只有电子极化，所有化合物都存在电子极化和离子极 化，某些化合物分子具有固有电矩并同时具有其他三种极化。在电场（外电场或离子本身电荷产生的） 作用下，离子的电子云发生 变化，产生偶极或使原来偶极增大，这种现象叫做离子的极化。离子 间除有静电引力作用外，还有其他的作用力。阳离子一般半径较小， 又带正电

18、荷，它对相邻阴离子会起诱导作用而使它变形 （极化作用）。 阴离子一般半径较大，外围有较多负电荷，因而在电场作用下容易发 生电子云变形（离子的变形性）。实际上，每个离子都有使相反离子 变形的极化作用和本身被其他离子作用而发生变形的变形性双重性 质。电荷数大、半径小的阳离子有较强的极化作用。具有 18电子层和不规则电子层的离子，它们的变形性比半径相近的惰气型离子大得 多。例如，Ag+ K+ ; Hg2+ Ca2+。4.结构相同的离子，正电荷越 多的阳离子变形性越小，电子层数越多的变形性越大。体积大的阴离 子和18电子层或不规则电子层的少电荷阳离子（如 Ag+、pb2+、 Hg2+ ）最容易变形。最不容易变形的是半径小、电荷高的惰气型阳 离子（如Be2+、AI3+、Si4+等）。离子极化对化学键有影响。阳、 阴离子相互极化，使它们之间发生额外的吸引力。所以当两个离子更 *近时，有可能使两个离子的电子云互相重叠起来，趋向于生成极性 较小的共价型键。键型的变化，必将影响化合物的性质。一般随极化 程度的增强，物质的熔点、沸点降低，颜色逐次加深，在水中的溶解 性减小。