形象举例:电影院第一排有30张椅子,从左边1号到右边29号坐满了人,只有30号空着。然后一声号令,大家同时都向右移一个位置,结果空位子就从30号“跑到”1号了。是空椅子跑了吗?没有!是人在有规则的运动!------人就是带负电荷的“自由电子”,空位就是失去电子带正电荷的“空穴”。------“人流”从1号流到30号就像自由电子有规则的运动一样,人流运动了30个位置,但实际每个人只移动了一个位置。------这就是电流运动和电子实际位移最好的比喻。好好理解人和空位子的变化,就很容易明白电流和电子的运动轨迹了。
----------自由电子 为什么不能绕着过去,例如从1号到3或4号座位这样过去?
真实的情况是电子本来是做无规则热运动(没有电池作用的情况下),因为无规则热运动各个方向的概率相同,所以宏观上就表示为没有电子运动。
导体的两端加上电压后,导体内部形成一个定向的电池,电子就在原本的无规则热运动的基础上附加上了一个定向移动的运动。也就是原本各个方向概率相同的无规则运动,现在变成了和电场方向相反的运动概率大(电子的受力和电场方向相反),和电场方向不相反的运动概率小,和电场方向相同的运动概率最小。这样宏观上就显示为电子的定向移动。
现在就依照你的比喻来分析。不妨假定每个人之间
首先所有的电子都受到电场力而运动起来,你说1号到3号或4号,这当然是可以的。但是你想想最有可能到3号的是离3号最近的2号位?还是离3号远一些的1号呢?所以最有可能上到3号的是最近的2号位电子。只是个概率问题。
第二,如果1号到了3号位,2号不能后退(只考虑定向移动,所以不能后退),只能留在原位。那么就这两个电子而言,2号不动,不形成电流,1号必须在相同的时间内动两个距离的路程。那么1号电子的速度就必须是其他电子速度的两倍。所以1号形成的电流就是其他电子形成电流的2倍。和没移动的2号电子形成的0电流之和,刚好还是其他电子的2倍电流。等效于1号到2号位,2号到3号位的电流大小。追问
自由电子只要被原子(应该是正离子啰?)捕获,一定是绕其核旋转的啰?
问一个我疑惑的问题:如果一块金属里的某一个原子(应该是一个正离子?)显电性,则整块金属也显电性吗?显正电性?
自由电子:一般泛指在金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动,这种电子叫做自由电子。
电子摆脱原子核的束缚后不会消失,可能会被其他原子俘获而形成其他原子的核外电子。
所以自由电子可以会被其他金属原子俘获,也可能没被其他金属原子俘获。但是从概率的角度来说。一个金属原子俘获了一个自由电子后,会很快又释放一个电子成为自由电子。那么总宏观总体上看,同一个物体,在相同的温度下,在一定强度的电场中,自由电子的浓度是比较稳定的。
至于你的第二个问题。
自由电子只是在金属内部相对自由的活动,并不能自由的脱离金属。所以金属内部的自由电子和带正电的原子之间的电荷数是数量相等,符号相反,刚好抵消。所以整个金属本身不会因为原子成为正离子而带电。就算是接通了电源,电子在不断的移动。那么从宏观上看,每从电源负极获得1个电子,就会从电源正极失去1个电子。所以仍然是电荷平衡状态。
1.感谢您的回答,我再仔细考虑一下。
2.请您直接回答我的两个追问,旋转? / 显正电性?
我已经是直接回答了。自由电子被原子俘获后,当然会围绕这个原子旋转。但是同时这个原子也就会因为能量结构不稳定而必须释放一个电子成为自由电子。这个新释放的电子可以是刚才俘获的电子,也可以是原子中其他的电子。所以还是得到一个,失去一个的。所以自由电子的总数量不变。
显正电性?的问题。
自由电子只是在金属内部相对自由的活动,并不能自由的脱离金属。所以金属内部的自由电子和带正电的原子之间的电荷数是数量相等,符号相反,刚好抵消。所以整个金属本身不会因为原子成为正离子而带电。就算是接通了电源,电子在不断的移动。那么从宏观上看,每从电源负极获得1个电子,就会从电源正极失去1个电子。所以仍然是电荷平衡状态。
我想我这句话已经很明白的说了,金属不显示正电性。因为金属原子是成为了正离子,但是脱离了原子的电子还在金属内部,所以金属内部既有显示正电的原子(正离子),也有显示负电的自由电子。所以整体不显示带电性,无论是正电还是负电。
旋转的问题解决了,谢谢!
自由电子是被正离子捕获吧!原子是不带电性的,因此它无吸力来捕获电子,不是吗?
金属整体不显电性,是否局部(假设是很微小的局部)会显电性呢?
2、是正离子。
3、这需要看你说的局部是多小范围的局部。如果你的这个局部是能和原子(原子的直径大约是10的-10次方米)相比较的大小的局部,例如3个原子(正离子)形成的局部或5个原子(或正离子)形成的局部。那么这个局部有可能没有数量相等的自由电子又或者有过多的自由电子而显示带电性。
如果你的局部是毫米级,0.1毫米级甚至0.01毫米级。那么原子的大小基本上是10的-10次方米,也就是10的-7次方毫米这么小。那么你的毫米级,0.1毫米级甚至0.01毫米级的局部也会有10的21次方个(10 的7次方的立方)、10的18次方个、10的15次方个这么多的原子(正离子),这么多的原子(正离子),其周围就不可能没有自由电子了。那么这样级别的局部,将还是显示不带电。
抱歉,还得问一下:您说:自由电子被原子俘获后,同时这个原子也就会因为能量结构不稳定而必须释放一个电子成为自由电子。所以还是得到一个,失去一个的。
“所以自由电子的总数量不变”==========捕获自由电子时是正离子,由于能量结构不稳又释放一个电子===又变成了正离子,而不是原子====所以自由电子的总数量不变!是吗?
对啊,顺序就是正离子---俘获电子---原子---因为不稳定---释放电子---正离子。所以自由电子的总数量不变。
这里面就牵涉到量子力学的计算了。量子力学中有关于此类的计算,不过很复杂。至少当年我们学大学物理的时候,课本也没详细说,只是说了些概念而已。根据量子力学的计算。金属原子的能量比失去部分电子成为正离子(不同的金属原子,失去的电子数不同)的时候高。要知道能量越高,物质就越不稳定。所以金属原子会“尽力”保持失去部分电子的正离子形态。在金属物质中,这些失去的电子为很多数量的原子所共有。这种电子共有的模式也使得各个金属原子紧密的结合在一起。这就被称为金属键。
半导体物理的原理在不同的层次有不同的理解,不要太在意了。记住三极管的特性即可,动手做电子电路实验,就可以证明三极管的性质是正确的。至于空穴之类的所谓原理,见鬼去吧!
还有一点,半导体不是金属,相对于金属而言,半导体没有几个自由电子。
理论只是人们对自然规律的解释,未必尽如人意。追问
并不是说到“空穴”,就是半导体,普通金属导电电流规律大部分人都是这么解释的。
自由电子只要被原子(应该是正离子啰?)捕获,一定是绕其核旋转的啰?
金属内部的空间相对于电子而言,犹如一个人在大海里游泳。电子不傻,在电场的作用下,电子自然会走捷径奔向目标,不会乱跑的。有人见过水往高处流吗?
太感激您了,我想来想去也是这么想的,但在网上问与搜了半天,没一个人能这样明确地解释!
“电影院第一排有30张椅子,从左边1号到右边29号坐满了人” 金属里不是只有自由无规则运动的自由电子 与 失去电子的正离子吗?因此金属里不会有坐满了人的椅子,即没有完整的原子不是吗?
自由电子只要被原子(应该是正离子啰?)捕获,一定是绕其核旋转的啰?
2、应该说,对于不带电体都是完整的原子,即使电子和空穴在无规则的移动,但是,二者的总量还是平衡的,所以,宏观上是不带电的,也无电流。一旦接上电源,正极就会有大量空穴涌入不带电导体,从而引发大量电子的定向流动。
3、是的,自由电子只要被原子(应该是正离子啰?)捕获,一定是绕其核旋转的,它所撞击出去电子再接力下一次撞击。
“宏观上是不带电的”,你的意思是每个原子是完整的,即不显电性的?如不显电性,它怎会有力吸引(或叫捕获)电子呢?
追答吸引电子的是原子核,在原子内部,是带电的。但是,对于一个原子,由于原子核的正电荷与周围电子的负电荷是相等的,所以,对即使是原子,对外也是中性的,因而宏观上更是不显电性。吸引(或叫捕获)是因为电源的加入才打破了这种平衡。
追问“自由电子在导体内做杂乱无章的运动,单位时间穿过某一横截面的数目相等”这句话是否意味着在金属里每个原子原来是完整的,不显电性? 如是,解释一下!
追答不是这个意思,我们说每个原子是中性的,这是微观角度,而“单位时间穿过某一横截面的数目相等
”一语已经涉及很多电子了,属于宏观描述。而且,我觉得这句话还欠准确,“数目相等”是指谁对谁呀?应该说是单位时间穿过某一横截面的电子数与穿回这个截面的电子数相等,所以未能形成定向电流。
这是搜来的,我并不理解!请您给出个理由,为啥不能绕着过去呢?