导体、绝缘体、半导体和超导体

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导体、绝缘体、半导体和超导体
一、导体和绝缘体
有的物体容易导电，有的物体不容易导电。容易导电的物体叫做导体，金属、石墨、
人体、大地以及酸、碱、盐的水溶液等都是导体。相应地，不容易导电的物体叫做绝缘
体，橡胶、玻璃、陶瓷、塑料、油等都是绝缘体。电线的芯线是用金属做的，因为金属
是导体，容易导电，所以电线芯线外面包上一层橡胶或塑料，因为它们是绝缘体，能够
防止漏电。
导体和绝缘体之间并没有绝对的界限。一般情况下，不容易导电的物体在条件改变
时也可能导电。例如，玻璃是相当好的绝缘体．但如果给玻璃加热，使它达到红炽状态，
它就变成导体了。
二、半导体
导体和绝缘体之间没有绝对的界限，绝缘体并非绝对不导电，只是绝缘体的电阻率很
大。在室温下，金属导体的电阻率一般为10
-8Ω·m-10-6Ω·m，绝缘体的电阻率一般为108Ω·m-1018Ω·m。长为1m、横截面积为1×10-4m2的一段绝缘体，两端加以1V电压，通
过的电流为1O-14A-10-4A。可见电流是多么微小了。
有些材料，它们的导电性能介于导体和绝缘体之间,而且电阻不随温度的增加而增
加，反随温度的增加而减小，这种材料称为半导体，半导体的电阻率为l0-5Ω·m-106Ω·m。锗、硅、砷化镓、锑化铟等都是半导体材料。半导体的导电性能可以由外界条
件所控制，如改变半导体的温度，使半导体受到光照，在半导体中加入其他微量杂质等，
都可以使半导体的导电性能成百万倍地发生变化。这种性能是导体和绝缘体所没有的。
正因为半导体具备这种特性，人们用半导体制成了热敏电阻、光敏电阻、晶体管等各种
电子元件，并且发展成为集成电路。把晶体管以及电阻、电容等元件，同时制作在很小
的一块半导体晶片上，并且把它们按照电子线路的要求连接起来，使之成为具有一定功
能的电路，这就是集成电路。
三、超导体
金属的电阻率随温度的降低而减小。人们发现，有些物质当温度降低到绝对零度附
近时，它们的电阻率会突然减小到无法测量的程度，可以认为它们的电阻率突然变为零，
这种现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质称为超导体。材料由正常状态转变为
超导状态的温度，叫做超导材料的转变温度T。例如铅的转变温度Tc=7.0K，水银的转变温度Tc=4.2K，铝的转变温度Tc=1.2K，镉的转变温度Tc=O.6K。
超导体的电阻率几乎为零，如果用超导体材料制成一个闭合线圈，在这个线圈里一
旦激发出电流，不需要电源，电流就可以持续几十天而不减小，并且发热的功率很小。
在远距离输电中，如果使用超导输电线，将可避免电能的大量消耗。在大型的电磁
铁和电机中，通过线圈的电流很强，损耗的电能很多，如果用超导材料做成线圈，耗损
的功率大大降低，则可以制成强大功率的超导电磁铁和超导电机。各种电子器件如果能
实现超导化，将会大大提高它们的性能；电子计算机实现超导化，将使个人计算机具有
超级计算机的性能。超导体的应用具有十分诱人的前景。
超导材料的转变温度很低，要维持这样低的温度，在技术上是非常困难的。几十年
来，科学家们积极进行高温超导的研究，我国的研究工作走在世界的前列，1989年，我
国科学家发现了转变温度Tc=130K的超导材料。目前在世界范围内掀起了高温超导研究
的热潮，期望得到在室温下就能工作的超导材料，以便使它能有广泛的实际应用。