從零開始學電子之基礎篇

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大家知道，一個原子的質(zhì)量主要集中在原子核中。核外電子的質(zhì)量是微乎其微的。與原子核的質(zhì)量相比，電子的質(zhì)量可以忽略（但并非是電子沒有質(zhì)量了）。
當然，即便是一個原子核的質(zhì)量也是很小、很小的。呵呵
那么大家不禁要問了：是什么樣的作用力在聯(lián)系著原子核與核外電子呢？
肯定不是“萬有引力”了。
因為萬有引力是對于像“星球”這樣的質(zhì)量龐大的宏觀物體之間的作用力，例如地球與月球之間的引力就是萬有引力造成的，又例如物體的重量是地球與物體之間的萬有引力造成的。
而原子核以及核外電子它們的質(zhì)量都是微乎其微的，萬有引力的作用更是微乎其微。
那么原子核與電子之間是一種什么樣的相互作用力呢？
聰明的大家可能想到了，是——“電磁力的相互作用”。

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大家知道，電荷之間有“電場力”的相互作用。同性電荷之間是排斥力；異性電荷之間是吸引力。
那么電荷之間有沒有磁場力的相互作用呢？
大家知道，“磁場力”是電流與電流之間相互的作用力。
為什么呢？
因為“磁場”是由“電流”激發(fā)的；而電流是電荷的定向運動。即運動的電荷激發(fā)磁場。
也就是說，“只要電荷有運動，它就會激發(fā)磁場”。
設想一下：當兩個“運動的電荷”互相靠近時，都會有什么樣的作用力發(fā)生（如果忽略萬有引力）。
1.電荷之間的電場力；
2.運動電荷（電流）之間的磁場力。
所以說，電荷之間的電磁力作用是客觀存在的。

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那么我們學習半導體材料難道說要深入到每一個原子或電子中去嗎？

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大可不必。
大家知道，“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”本身就是一門很復雜的前沿學科。我們對于其中一些常識性的知識，略為了解就可以了。呵呵
大家要知道“大量微觀粒子運動的統(tǒng)計平均值”這個概念。
為什么呢？
例如“電流”，它并不是專指導體中每一個自由電子的運動，而是指大量的自由電子在一定的時間內(nèi)通過導體截面的總數(shù)量，這個就是宏觀統(tǒng)計平均值的意義所在。

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好的讓我們來看看“導體”的一般導電機理。

“比較起來，金屬材料的外層電子受到的原子核的束縛力很小，有大量的電子能夠掙脫原子核的束縛而成為自由電子。這些自由電子就成為運載電荷的載流子，它們在外電場的作用下作定向運動，從而形成電流。所以金屬的導電性能很好。
”
——摘自《數(shù)字電子技術基礎》 清華大學電子學教研室 編

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我對上面的這段話的理解是：金屬材料中含有大量的“自由電子”（當然沒有一個人能夠看到這些自由電子是怎樣的，呵呵），這些自由電子一般是指原子中最外層的電子（內(nèi)層電子一般是不參與導電的，因為它們距離原子核較近，與原子核之間的電磁作用力較大，或者說原子核對它們的束縛力較大）。但是呢這些自由電子也是“相對的自由”。為什么？因為它們可以在導體中各個原子之間自由的運動，但是一般情況下它們不可以跑到導體以外的空間去。也就是說，在一般情況下導體中最外層的自由電子，不可以脫離導體表面原子核的電磁力束縛，跑到導體以外的空間去成為一個“空間自由電子”。當然，在一定的條件下，某些導體中的自由電子是可以脫離導體表面的束縛力，成為空間自由電子或空間自由電荷的。例如“某些導體在特定頻率的光激發(fā)時”。但是，這不是我們現(xiàn)在要闡述的主要問題，所以我們不討論這種情況。

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當在導體兩端加上電壓時（或者說導體兩端有電位差時），就會在導體中激發(fā)電場。
大家知道，電場是由電荷激發(fā)的，電場對電荷的作用力稱為“電場力”。
那么導體中既然有外加宏觀電場的存在，當然導體中大量的自由電子會受到電場力的作用，從而發(fā)生定向的運動，形成“宏觀電流”。
由于導體中含有大量的“自由電子”，所以即便是在很微弱的宏觀電場力作用下，也可以形成很強的宏觀電流。

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那么導體中的宏觀電流又稱為什么呢？
導體中的宏觀電流（大量自由電子在外電場力作用下的定向運動）又稱為“傳導電流”。
之所以稱為“傳導電流”是為了和另一類電流———“位移電流”相區(qū)別。

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好了我們在看看“絕緣體” 的一般導電機理。

“絕緣材料中，原子的外層電子受到的原子核束縛力很大，很不容易掙脫出來，因此形成自由電子的機會非常少，所以導電能力很差。”

——摘自《數(shù)字電子技術基礎》 清華大學電子學教研室 編

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我想大家對上面的這段話是比較容易理解的。
“物體中（或者說一定的體積中）自由電子（或自由電荷）的數(shù)量越多，則導電能力越大”。
絕緣體中自由電子的數(shù)量很少，因此在外電場力的作用下形成的宏觀電流也就很微弱了。呵呵

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導體中大量的自由電子在外電場力作用下形成的電流又稱為什么呢？

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又稱為“漂移電流”。呵呵
之所以稱為“漂移電流”原因之一，是為了形象地說明導體中的自由電子在外電場力的作用下是“逆著”電場力的方向做漂移運動的（電場力的方向是由高電位處指向地電位處，或者是由“+”端指向“-”端。也就是說，導體中帶負電荷的自由電子其運動方向應該是由低電位處指向高電位處，或者由負極到正極）；另一個原因是為了和另一種傳導電流“擴散電流”相區(qū)別。
也就是說，導體中在外電場力作用下形成的宏觀電流又稱為“傳導電流”或“漂移電流”。

大家可能有點糊涂了啊，呵呵。
為什么呢？
大家難道大家沒有發(fā)現(xiàn)按照上述的自由電子在電場中的運動方向來看：“在電路中電流是由高電位處流向地電位處”這句話是矛盾的嗎？
這是為什么呢？

“只有直流電才有方向.早期發(fā)現(xiàn)電流后,規(guī)定:<正電荷定向移動的方向就是電流方向>,并依此進行理論研究。以后發(fā)現(xiàn)了導線中只有電子才可流動,電子帶的是負電,理應把方向改過才對,那樣許許多多規(guī)定都要重建.電流方向的不符合實際在大多數(shù)情況下不影響計算.所以并沒更改,在電解液中,兩種流動都有. ”
                                                     mzhyss03 2005.10.23
——摘自 新浪愛問知識人

mzhyss03 老師說的很好。只是對于“只有直流電才有方向”這一點我有點異議。
因為任何宏觀電流都有一個“瞬時方向”的問題。

wb61850

水平有限，錯誤難免。歡迎大家批評指教。
今天就到這里，祝大家晚安。
再見。

忽悠八你

大家知道，電荷之間有“電場力”的相互作用。同性電荷之間是排斥力；異性電荷之間是吸引力。
那么電荷之間有沒有磁場力的相互作用呢？
大家知道，“磁場力”是電流與電流之間相互的作用力。
為什么呢？
因 ...
wb61850 發(fā)表于 2011-5-19 22:01

這個好像和男女關系差不多。

忽悠八你

{:4_83:}BZ俺覺得插頭和插座最能說明矛與盾對立統(tǒng)一關系，只要插頭插進插座里燈泡就會亮起來了否則是不會亮的，插頭和插座具有不同的形式當它們結(jié)合起來后才可以點亮燈泡。你說是嘛？~~~

wb61850

忽悠同學很會聯(lián)想。
不過關于“矛盾”是一個非常深奧、非常復雜的問題，不在我們探討的范圍以內(nèi)。
插頭和插座我倒是有一些，關于它們主要是“接觸電阻”的問題。
如果插頭和插座之間的接觸電阻過大，那么將會引起溫升，嚴重時可能引發(fā)燃燒，造成火災。
對于開關或插接件來說，接觸電阻越小越好。

xiaoxiao

這個好像和男女關系差不多。
忽悠八你 發(fā)表于 2011-5-20 20:43

朽木不可雕也！

wb61850

大家好，我們繼續(xù)我們漫長而又富有趣味的旅程。
這是個知識的旅程，也是個攀登的旅程。
生命中的每一天，如歌、如畫，如詩。
無論是在順境或是在逆境，我們都在生命的每一天中成熟起來。
讓我們把握好每一天，把握好現(xiàn)在，那么成功也就不在遙遠了。

wb61850

好的我們在一起探討一下“半導體”的導電機理。
在這里，如果沒有特殊說明，半導體均是指“硅”材料。
就是說我們將以“硅材料”作為典型的半導體材料來說明其一般的導電機理。

wb61850

純凈的硅稱為“純凈硅”或者“本征硅”。
大家知道“本征半導體”也就是“純凈半導體”。但是大家要明白，半導體的種類很多，硅只是其中的一種。而我們現(xiàn)在研究的是最常用的“硅”材料。
那么“純凈半導體”到底有多純呢？
很純很純的，你想它有多純，它就有多純，反正它是一點點雜質(zhì)都沒有的。就像是“純凈硅”一樣，它完全是由“硅元素”構(gòu)成的，沒有其它的任何雜質(zhì)元素存在。
“硅元素”或者可以稱為“硅原子”，“雜質(zhì)元素”或者可以稱為“雜質(zhì)原子”。