郑靖东

我们在科学或物理课上都学过电学的基本知识，也都了解有些物体容易导电，而有些物体却不容易导电。我们把容易导电的物体称为导体，如各种金属、铅笔芯、盐水等;把不容易导电的物体称为绝缘体，如塑料、橡胶、干木等。同为物体，为何有的成为导体，有的就是绝缘体，但导体和绝缘体间又可互相转换？下面就将散落在课本各个章节中的相关知识捋一捋，拓展一下，一同来揭开其中的奥秘吧！

为什么不同的物体导电性会存在差异？

这主要与物体内部的电荷性质有关。物体能导电，就要求物体内部具备形成电流的条件。其实，电流的形成和水流很相似，形成水流首先要有液态的水，因为它们具备向不同方向自由运动的条件，但冰就不能，它是固态的，失去了自由流动的条件，所以同样是水，冰不能形成水流。当然，水库里的液态水也不能形成水流，同样是因为它不具备向不同方向流动的自由运动。如果把水库的闸门打开，客观条件变了，那么水库里的水会在水位差的作用下流向闸口，形成水流。

那么在物体内部形成电流的首要条件是什么呢？从微观角度来看，物体内部含有我们无法看到，甚至连光学显微镜都无法看到的原子，原子是由更小的粒子，即原子核和电子构成。原子核相对于电子来说质量和体积都很大且带正电，它居于原子的中心，而电子位于原子核外且带负电。原子核和核外的电子由于分别带有等量的正负电荷而相互吸引，使得电子围绕原子核做高速地旋转，犹如太阳系的8 大行星围绕着太阳旋转一样。原子内带正电荷的原子核和带负电荷的电子就相当于水库中的水（至于是液态还是固态还需具体分析）。由于原子核的质量较大，所以它的位置是相对固定的，几乎不能自由移动。原子核外面带负电荷的电子受到原子核的吸引而绕原子核运动，但是不同的原子由于原子核所带电荷量的不同，以及核外的电子距离原子核的距离不同，原子核对它外面的电子的吸引力也不同。这样就出现了有的原子核对它外面的电子吸引力较小，外面的部分电子就可能摆脱原子核的吸引而随意移动，这些可以随意移动的电子被我们称为“自由电荷”，自由电荷就相当于水库中液态的水;而有的原子核对它外面的电子吸引力大，把它周围的电子牢牢拉住，这些电子就不能随意移动，就相当于水库中被冻住的固态水。所以物体能否导电取决于物体内部有没有自由电荷，有了自由电荷，那么在物体的两端加了电压，这些自由电荷就会在电压的作用下沿着相同的方向移动，从而形成了电流。

物体内部的自由电荷过于微小，物体的导电机理我们无法直接看到，但我们可以用一个形象的比喻来加以说明。我们把一个物体比作一所学校，把一个原子比作这所学校的一个班级，老师就相当于原子核，学生就相当于电子。比如有的学校管理非常松散，老师在上课期间很难有效管控学生，所以部分学生会趁老师不注意偷偷溜出教室玩耍。这些翘课的学生就相当于自由电荷。这时如果校门口出现好吃的、好玩的东西时，就相当于存在了电源，吸引了正在学校四处乱逛的学生纷纷朝校门口运动，就形成了“人群流动”，这种人群流动就相当于电流。相反，有的学校很严，班级老师管控能力很强，上课期间没有一个同学敢溜出教室。所以当校门口出现好吃的、好玩的东西时，也没有一个学生能溜出教室奔向校门口，这样就不会出现“人群流动”，也就相当于不会形成电流。

可見，虽然物体内部都存在着原子核和电子等电荷，但物体是否容易导电，关键取决于物体内部的电子能否摆脱原子核的约束而成为自由电荷。如果物体内有大量的自由电荷，那它就容易导电，属于导体;如果没有自由电荷，那它就不容易导电，属于绝缘体。

实际上导体和绝缘体也不是绝对的，它们也可以相互转化。如管控很严的学校，本来每个班级的学生都不敢翘课，但是校园里溜进了一批调皮捣蛋的朋友，他们“潜伏”在各个班级的后门口，怂恿坐在门口的学生偷偷地溜出来，这样溜出的同学成了“自由电荷”，具备了“导电”的条件。如玻璃本来是不导电的，但给玻璃加热，玻璃也能够成为导体。加热的原理就相当于那些调皮捣蛋的朋友怂恿学生翘课一样，让玻璃中本来被原子核束缚的电子摆脱了原子核的束缚而成为了自由电荷。