キーポイント
- 導体は、可動電荷を含む材料である。
- 銅やアルミニウムなどの金属導体では、可動荷電粒子は電子であるが、他の場合にはイオンまたは他の正に荷電した種である可能性がある。
- 固体の分子軌道が一連の連続的なエネルギー準位になるバンド理論を用いて、導体、半導体、絶縁体の挙動を説明することができます。
- 最もよく知られている導体は金属です。
用語
- 金属他の金属原子と金属結合を形成する周期律表の化学元素の数のいずれか;一般的に光沢があります,やや可鍛性とハード,多くの場合、熱と電
- 分子軌道電子の特定の位置とエネルギーの確率を記述する分子内の電子の量子力学的挙動;原子軌道の線形結合によって近似されます。
- 電圧空間内の二つの点の間の静電電位の量。
導体と絶縁体
導体は可動電荷を含む材料です。 銅やアルミニウムなどの金属導体では、可動荷電粒子は電子である。 正電荷はまた、電池のカチオン性電解質（複数可）または燃料電池のプロトン導体の移動性プロトンのような移動性であってもよい。 絶縁体は少数の移動式充満が付いている非導電性材料です;それらはわずかな電流だけ運びます。
バンド理論の概念を用いて導体を記述する際には、移動電子を用いて電気を伝導する導体に焦点を当てるのが最善です。 バンド理論によれば、導体は単にその価電子帯と伝導帯が重複している材料であり、電子が最小の印加電圧で材料を流れることを可能にする。
バンド理論
固体物理学では、固体のバンド構造は、固体内の電子が持つ可能性のあるエネルギーバンドと呼ばれるエネルギー範囲（”許容バンド”）と、バンドギャップと呼ばれるエネルギー範囲（”禁止バンド”）を記述する。 バンド理論は、エネルギーバンドの存在を仮定することによって固体中の電子の挙動をモデル化する。 これは、固体の多くの物理的性質を説明するために材料のバンド構造を使用することに成功しました。 バンドはまた、分子軌道理論の大規模な限界と見なすこともできます。
単一の孤立した原子の電子は、エネルギー準位の離散セットを形成する原子軌道を占有します。 いくつかの原子が分子にまとめられた場合、それらの原子軌道は別々の分子軌道に分割され、それぞれが異なるエネルギーを有する。 これは、価電子の数に比例した分子軌道の数を生成します。 多数の原子（1020以上）が一緒になって固体を形成すると、軌道の数は非常に大きくなります。 その結果、それらの間のエネルギーの差は非常に小さくなる。 したがって、固体では、準位は原子の離散的なエネルギー準位ではなく、孤立したエネルギー準位を形成する。 しかし、いくつかのエネルギー間隔には軌道が含まれておらず、バンドギャップを形成しています。 この概念は、半導体および絶縁体の文脈においてより重要になる。
エネルギーバンド内では、エネルギー準位は二つの理由から近い連続体とみなすことができます:
- 固体中のエネルギー準位間の分離は、電子がフォノンと絶えず交換するエネルギー（原子振動）に匹敵します。
- この分離は、かなり長い時間間隔でのハイゼンベルクの不確実性原理によるエネルギー不確実性と同等である。 その結果、エネルギー準位間の分離は結果ではない。
導体
すべての導体には電荷が含まれており、電位差（ボルト単位）が材料上の別々の点に印加されたときに移動します。 この電荷の流れ（アンペアで測定）は、電流と呼ばれるものです。 ほとんどの材料では、直流電流は電圧に比例します（オームの法則によって決定される）、温度が一定のままであり、材料が同じ形状および状態に残ってい
最もよく知られている導体は金属です。 銅は、電気配線に使用される最も一般的な材料です。 銀は最高の導体ですが、高価です。 金は腐食しないので、良質の表面に表面の接触のために使用されます。 しかし、グラファイト、塩の溶液、およびすべてのプラズマを含む多くの非金属導体も存在する。 導電性ポリマーもあります。
熱伝導率と電気伝導率が一緒になることがよくあります。 例えば、電子の海は、ほとんどの金属を電気伝導体と熱伝導体の両方として作用させる。 しかしながら、いくつかの非金属材料は、良好な熱伝導体ではなく実用的な電気伝導体である。