為什麼導體會導電？

01-04

為什麼導體通電後會發熱？電阻是怎樣產生的？

這個問題有點意思。

考慮到題主可能是初中生，我用非常淺顯的語言試著解釋一下。若存在問題歡迎知友們補充：

1.導體中能實現導電的自由電子的來源

導體一般都是金屬。

我們來看元素周期表：

我們看到，金屬元素都偏向周期表的左側和下方。

由金屬元素的核外電子排布可以看出，金屬元素容易失去最外層電子，使得自己成為穩定結構。這些失去的電子成為自由電子，也就是金屬材料導電的基礎。

反看元素周期表的右上側非金屬元素，它們傾向於奪取電子，使得自己成為穩定結構，於是非金屬元素材料中的自由電子數量較少，於是它們被用作絕緣材料的基礎。

因此，鋁是優良的導體材料，而氟則成為優良的絕緣材料。特別是氟的化合物六氟化硫SF6，被用作高壓開關電器的絕緣材料，例如GIS高壓開關，它的工作電壓可達110kV以上。

我們可以進一步想像，金屬元素的核外電子都被關在地下室里，原子核電子束縛在各自的軌道上運行。原子的外層軌道上的電子，只要獲得能量，它就可能突破束縛到達地面，成為能夠參與導電的自由電子。這裡其實是能量的關係，我們把地下室叫做禁帶，把地面叫做傳導帶。能夠參與導電的自由電子一定屬於傳導帶。

電子從禁帶進入傳導帶叫做激發，也就是獲得能量的過程。激發的原因有材料的溫度、光照輻射等等。

電子真正能夠脫離原子的束縛成為自由電子並不是一件很容易的事，並且自由電子還時刻面臨著從傳導帶被再次關入禁帶的可能性。當然，當自由電子返回時，要把它攜帶的能量以光的形式放出。正是這個原因，我們才看到了金屬表面的特徵顏色。

這種現象是形成導體電阻的原因之一。

2.關於導體發熱

當導體導電後，大量的自由電子在電場力的驅動下定向運動，它們彼此碰撞，也對原子產生碰撞。這種碰撞使得導體原子的激發能力進一步加強，表現為導體發熱、發光，並且有更多的外層電子進入傳導帶，使得參與導電的自由電子數量增加。

在這裡，原子吸收了能量，核外電子躍遷進入傳導帶。在傳導帶，部分自由電子以光輻射的形式放出所吸收的能量，返回到禁帶中。

同時，自由電子返回禁帶的數量也在增加。這無以計數的上上下下躍遷和返回，構成了導體導電時的獨特景觀。

對於導體來說，這些都可以通過電阻的形式表現出來：導體導電後，導體的溫度升高，電阻加大。

3.關於導體電阻

導體的本體電阻表達式為：

$R= ho _{0} (1+alpha heta )frac{L}{S}$

這個式子初中生都知道，叫做電阻的定義式。在這裡，ρ0 是零攝氏度時的電阻率； α 是電阻溫度係數；θ是環境溫度，用攝氏度來標定；L是導體長度，S是導體截面積。

電阻值與溫度關係密切，溫度越高，或者通過的電流越大，導體的溫度就會升高，而溫度升高後將導致導體的電阻就變大。

除此之外，在導體通過交流電流的情況下，還會有集膚效應和鄰近效應，它們會使得自由電子偏嚮導體的外表面，或者偏嚮導體的某一側。其結果使得電流更集中，等效於電阻變大。

這說明，導體的交流電阻大於同一個導體的直流電阻。

導體在交流電流下的電阻表達式為：

$R=K_{f} ho _{0} (1+alpha heta )frac{L}{S}$

這裡的Kf就是交流附加損耗係數，它的值大於1。Kf=1時就是直流狀態，Kf越大，說明集膚效應和鄰近效應越加嚴重。

4.影響導體電阻的其它原因

導體電阻的問題並不止這些。例如導體電阻與材質有關，鋁、銀和銅的電阻率不同，它們的體電阻當然也不同。

另外，導體材料的外形也與導體電阻有關。例如在通過直流電流時，導體的積周比是關鍵值。截面周長越大，散熱越好，它的導電能力也就越強。

因此，在等截面的條件下，矩形截面導線的載流能力大於圓形截面導線的載流能力。

但如果兩者截面的周長相等，何者載流量更大？我留給知友們吧。

提示：要考慮導體在直流電流下和交流電流下的線路電阻的區別哦！

看到有電氣博士被這個問題氣哭了，哈哈哈哈哈哈，喜聞樂見，容我笑會。

這個問題其實固體物理教材上都有的，挺簡單，不過考慮到題主可能是初高中生，對他們來說還是太難，本渣就免費來知乎科（zhuang）普(bi)一波，騙贊還不是美滋滋？

下面我就簡單說兩句(領導臉)。

俗話說，導電的原因個個相同，不導電的原因卻千奇百怪。

導電嘛，無非就是物體裡面有帶電粒子朝一個方向的凈運動。

想像無限大的圍棋盤上的每個格點都是一個山谷，能量最低，相當於原子核，空格中心相當于山頭，能量更高，電子就是一個個速度很快的球，可以在整個棋盤滾動。有些球速度很慢很慢，只能在山谷裡面轉來轉去，這些是局域電子，有些速度很快，山谷根本無法捆著它，綁著它，所以它很自由啊，到處跑，它是風兒它是沙，它是脫韁的野馬，它是自由電子。

有自由電子，並不一定能導電。

因為自由電子很多很多，從任何一個方向看，既有電子向前走，也有相同數目的電子向後走，所以電流總是零。

加入電場可能就不一樣了，電場像鞭子一樣把電子往一個方向趕，不出意外的話，就會有更多的電子朝一個方向跑，兩邊跑的電子數目就不一樣多了，宏觀上就有了電流…

意外就是…電子往山頭撞有可能反射回來，這樣鞭打它們一點效果都沒有，這就是能帶絕緣體啦，雖有電場仍然不導電…除非用大力，大力出奇蹟…反彈無效，高電壓就能把絕緣體變成導體，嗯。

加了電場也不導電的，除了這種絕緣體，還有的所有電子局域在山谷里，這樣就沒有自由電子了。還有就是晶格有缺陷和雜質，相當於好好的波浪谷出現了很多天坑…大隕石坑…然後很多很多電子進去了就出不來了，這就是安德森絕緣體啊，摻雜質硬把導體變成了絕緣體。

還有加強磁場啊，所有電子都原地打轉，也不自由了，就沒法導電了。

就到這吧，柯妍需要我。

偏壓會使導體接觸兩邊費米勢能拉開，在拉開的區域導體存在空餘的態密度，電子從接觸的一邊注入，從導體接觸另一邊泵出，動態平衡的情況下，導體中電荷不變，電子流入流出形成穩定電流。熱量與電流的平方成正比，與電阻成正比，電阻本質上是由於導體中電子與電子間或其他雜質作用的散射有關。只要系統符合費米分布，就一定會存在電阻。

好想用能帶論解釋一下

這個問題用帶能理論解釋比較簡單，我在此解釋一下，如有疏漏不足，歡迎指出

任何晶體（包括金屬、絕緣體和半導體的晶體）都是由原子構成，原子由原子核以及電子組成，當電子被原子核束縛住時，能量較低，佔有的能級處於較低的有限帶能內，該能帶叫價帶。當電子吸收能量變成自由電子時，能量較高，處於較高帶能內，該能帶叫導帶。而價帶與導帶之間還夾著的能量帶不能被電子佔有，叫禁帶，其寬度稱為禁帶寬度，用Eg表示，Eg與材料類別和溫度有關，Eg越大電子越不容易躍遷到導帶，所以Eg大的晶體被稱作絕緣體，Eg小的晶體被稱作導體。

簡單的來說，把價帶比作路，導帶比作橋。

電子走在路上，路上有許多電子，所以走的很慢（導電性差），而路的上方有高架橋，如果電子吸收了能量上了高架橋（變成自由電子），就可以很自由的行走（導電性好），那麼路與高架橋之間的那部分，就是禁帶，電子無法立足。高架橋低（Eg小），電子很容易上橋，這種晶體很好導電，就叫做導體，相反，高架橋很高（Eg大），電子不容易上去，這種晶體就不好導電，就叫做絕緣體。

問題：為什麼導體會導電？為什麼導體通電後會發熱？電阻是怎樣產生的？

說明：學習與「電」相關的各個學科，在腦海中建立一系列基本概念和原理的「圖像」非常有必要。比如說，「金屬導電的微觀圖像」若能夠在初學「電」的階段就能建立起來，對理解其它概念原理非常有幫助。

一、幾個基本概念

電流：帶電粒子在外力（如電場力）作用下的定向移動。

金屬導電：金屬導線內的大量自由電子在電場力的作用下定向移動。

二、「金屬導電的微觀圖像」

1）金屬導線微觀圖像：導線由大量分子（原子）組成，分子有原子核、束縛電子、自由電子組成。可以認為，原子核和束縛電子「不動」，自由電子可以自由無規則運動，也可以在外力作用下定向運動。

2）沒有導電時的圖像：沒有連接電源的導線（以金屬導體為例），導線內沒有有電場，導體內的自由電子總是在不停的做雜亂無章的熱運動，做無規則熱運動的自由電子布滿導線的各個位置。宏觀來看，自由電子無定向運動。

2）導電時的圖像：導線接上電源，形成閉合迴路，整個導線內處處立即建立起電場（建立速度為光速），導線內從始端到末端每處的自由電子開始沿電場反方向做定向移動，導線內迅速建立起電流。

3）電阻及發熱問題：自由電子微觀無規則熱運動速度矢量和為0，因此可以建立這樣一個微觀圖像，原子核和束縛電子永遠「不動」，自由電子在無外力的作用下也「不動」，當導體內建立電場後，自由電子在電場力的作用下，開始定向運動。

在自由電子的定向運動過程中，運動的自由電子不可避免的碰撞到大量的「不動」的原子核和束縛電子，碰撞過程吸收動能，產生熱量，電場力做功，電場能轉化為熱能。原子核和束縛電子在這個碰撞過程中好似「阻礙」自由電子的運動，即電阻。

三、補充說明

以上部分內容和量子物理的實際不同，但不影響形象的理解許多相關概念，能夠輔助理解相關概念，足夠了。

sdhncn@gmail.com

其他人都已經回答的很完善了，我用一個類似的場景來幫助你理解電阻吧。

把一條電線想像成一個學校走廊，走廊上奔跑的孩子就等於電子。

如果你把走廊的寬度縮小（所以截面面積同時也減少了），孩子們是不是就很難再繼續前進了呢？因為大家現在都擠在一起了。電阻在這種情況下是一個測量，測量從這個走廊通過有多難。所以走廊截面面積越大，電阻越小。如果你把走廊的長度增加了呢，現在孩子們要走更長的路，你覺得他們會開心嗎？

寫個簡單版

1.電壓在介質兩端形成壓差，形成了電場。

2.電場力驅使介質中的電子按照電場方向流動，形成電流。規定電流方向與電子流動方向相反。

3.導體是相對的概念。在低電壓下的絕緣體，在高壓下被擊穿也可能成為導體。

4.之所以叫導體，是因為在一定電場作用下，介質內部存在能夠自由流動的電子，即自由電子。

知乎變成十萬個為什麼了嗎？

手機碼字，簡單看吧

在諸如Cu，Au，Ag等金屬導體中，可以採用自由電子模型來解釋。簡單的理解就是金屬原子中，原子核對於最外層的電子（殼層電子）的束縛不強，殼層電子可以很自由地運動，當有很多很多的原子聚在一起組合成一個大塊的整體時，每個原子都貢獻了一些「自由電子」，這些電子可以看作做是「公有化」的。當將導體接入通電迴路中，這些自由電子在電場下面可以定向運動，形成電流。

**此處看不懂可以pass:從固體物理的角度來解釋的話，金屬導體的導帶和價帶互相重疊（能態可以簡單理解為電子/空穴能夠佔據的態），當費米面在其中時，電子擁有可以佔據的能態，表現出來就是能夠導電。

不過除了金屬之外，還有很多很多的導電物質，例如拓撲絕緣體，氧化物界面二維電子氣等，這些材料能夠導電的部位不再像是金屬一樣整體都是導電的，而是材料的某一部分可以導電，或者平時不導電，當滿足一些條件時在界面出導電。

不導電的叫絕緣體呀！！

粒子相互撞產生熱粒子撞的越猛電阻越大我猜是這樣