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物质的导电原理

已有 828 次阅读 2019-9-29 18:39 |个人分类:物理新视点|系统分类:论文交流

           自由电子导电是个百年错误                       

                    像做几何题那样做科研(5)

                                          晏成和  卢继安

    用这种格式写博客,为的是借鉴几何学的因果明晰、逻辑严谨。

    几何证明题的格式是:已知,求证,证明。(符号:∵因为, ∴所以)

 

已知:为了简短文字,把已知事实直接列出,不写在题目中。

求证:物质的导电原理

证明:∵ 一百年前,人们发明了用电,在测试了数千种材料之后,总结到:

金属物质的导电性普遍比其他材料好几个数量级。(已知,实验事实)

        问题: 为什么有的物质导电性能好、有的差?

       物质内靠什么导电?

       为什么金属材料的导电性能最好?(已知,实验事实)


 ∴  1905年特鲁德(Drude)等人就金属材料的导电、导热性能好的现实,

提出“金属是由内部的自由电子传热、导电”的假说。

  此假说缺失电子自由的机理、没有逻辑依据;与静电电压的实验事实相矛盾、与电流的集肤效应相矛盾。虽然牵强、有许多存疑,但是没人提出更好的解释,流传多年,于是该假说就上升为理论,写进了教科书,成为了流传的圣典。

∴ 百年来,从中学到大学,教科书一直说教“金属是由自由电子导电”。

 

 该理论先天不足,大量的有识之士提出了疑虑:

原子核对核外电子有着强大的引力,自由电子的自由是从何而来?

为什么金属有1、2、3个价电子就是自由电子,价电子多了为什么就没有自由,这个“自由”是谁赋予的、自由的机理来自哪里?

为什么有4、5、6、7个价电子物质的电子却自由要少些?

为什么三价的铝又比二价的铁导电性能又要强些?

面对液体导电,用的是“离子”导电;

半导体导电用的是“空穴”导电;

 超导体导电用的是“库伯对”。(大自然怎么会搞这么多种载流子?)

面对石墨导电,是层间的自由电子,(怎么4价的碳也有自由电子?)

为什么“自由电子”导电神速、而传热却慢了千亿倍,

这由电子的传热、导电,其间有什么样的关联?

∴  有许多人感到了其间逻辑牵强的不通顺,不是自然的真实。脱离事实的猜想是经不起推敲的。我们的职责不仅仅是是衣钵传承,而是要反思、探索,建立一个逻辑通顺的导电理论。

 

    人们还注意到以下事实:

∵【静电实验】让绝缘的导体携带电荷。多出(或缺少)了电子,正负电荷被驱赶在金属体表面、尖端,同时产生静电电压。静电电荷不能容身的事实表明:金属内,每个原子的核外电子都有固定的数目、固定的归宿、并且每个电子都伴生着自己的场。

∵  静电实验事实说明金属内的每个电子都有固有的归宿,没有所谓的自由,让自由电子理论面临破产。有人立马编造了静电平衡理论——外来电荷(多了或少了几个电子)产生了静电,金属内的自由电子立即平衡、立即失去自由。

∵ 静电平衡理论没有阐述平衡发生的机制,不能解释静电是如何产生平衡、如何让自由电子立即失去自由,回避静电实验同时产生的电压。

∴ 于是所有的物理教程至今都回避电压是什么、电压如何形成。

∴ 静电平衡理论是一个猥琐的理论,这个理论的全部作用就是:用这个编造的理论去掩盖错误的自由电子理论和在静电实验中尴尬。

 

  ∵【接线板】往电源插入一个接线板,电压立即传输到接线板的每一组插孔-电压直接导通。电压导通时,并没有形成回路,在导线全程测不到哪怕是非常微弱的电流,即在没有任何电子流动前提下,电压已经传导到金属导体各处。

∴ 电压传导的全过程没有电子参与、电压的传导完全不需要电子的参与。即金属导体导电首先是能够传输电压,电子在电压的通达、传导过程中不起任何作用。能较好传输电压的确实是金属,但决不是电子的作为、绝不是自由电子的作为。

∵ 把橡胶、塑料、陶瓷等材料接入电源,在另一端完全测不到电压,试电笔也无显示,这类物质被定义为绝缘体。说明这些绝缘物质不能导电,首先是连电压也不能导通。

∴ 导电-导通电压、不是自由电子的作为。

 

∵ 【天线】早年,手机及收音机都必须配有一杆长的金属天线,用来收信号(现在的手机仍然有隐藏的天线)。一定频率范围的中波、短波、及微米波等电磁波能够自由畅通地进入金属天线-金属体内。

∴ 说明金属材料内存在电磁波的通路,在畅通无阻。

电磁波在非金属体(塑料、麻绳)内必定是此路不通。

∵  百年物理学并没有对电磁波能够顺利进入金属材料、如何在金属内传导,予以重视和研究。

∵ 电磁波能够顺利进入金属材料、迅速传播,并且初始阶段没有产生

电流-电子没有参入传播。

∴ 以上事实说明金属材料内部存在电磁波的通路和传播空间,金属内

没有自由电子、也没有什么导流子。

 

电磁波能够顺利进入金属材料、迅速传播的物理机制是:

∵金属原子外层仅有一、两个价电子运转围绕、原子的外层不饱满、价电子层有空隙、通透,原子外层还有7/8、6/8的动态空间。

∴ 金属体能够畅通地在动态空间传导电压波,在电压波的作用下、在形成回路中电子受到电压波的推动换位移动、形成电流、形成导电。

∵ 有一两个价电子的金属,原子外层通路最大、是导体;

∴ 有三四五个价电子的原子,外层通路较小、是半导体;

∴ 有六七个价电子的原子,外层通路几乎没有、是绝缘体。

逻辑通顺,完美。

 

∵ 【金属导电】性能良好是物理事实。

∴ 必须阐明导电存在的机理,不能你说它自由,就可以来回游荡,你说它没有自由它就固定不动,你总得要有证据和逻辑。

∵  电子特性就是携带电荷的粒子,金属的电子、非金属、绝缘体的电子都是携带电荷的粒子,不是通路。

∴ 我们讨论的是导电原理,探讨电子是如何在物质内移动、流动的原因,探讨电子流动的通路。不能因为你给它一个名称载流子,就赋予它具备了导电所需要的一切功能,就能蒙混能够或不能导电的甄别,以这个名称就赋予原理、通路、原因于一身、似乎解答了所有问题。

∴  这就像当年的‘燃素’一个新名词就能够回答所有燃烧的问题。

河流、公路、血管、神经,邮政、通讯……流通的原理是有通路,不是因为有船或车,也不是因为有邮件或短信。

自由电子给人的感觉是把汽车说成是公路。

 

∵ 非金属【石墨导电】是物理事实。

∵ 石墨是碳的一种同素异形体,每个碳原子的三个价电子与周边三个碳

原子连结,排列方式呈正六边形蜂巢式的平面。还有一个价电子在平面之间结合,由于石墨平面之间的距离是平面内碳原子距离的2.4倍,所以平面之间结合的电子少、线路长、速率慢,导致平面之间的结合力很小,形成了石墨的片状结构。

∴ 石墨的片状结构,片-片之间只有少量的电子,有较大的空隙,能够

能够畅通地在动态空间传导电压波,在电压波的作用下、电子受到推动

换位移动、形成电流,因此石墨具有良好的导电性能。

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我做过实验,石墨的导电方位是二维的,是在平面之间的空隙导电。

“百度”说的是自由电子穿过石墨平面不是事实,垂直于平面的电阻要大一个数量级,同时也不能解读石墨片状之间的连接力。

∴  物质(金属、半导体、液体)的导电原理是:物质内价电子少,价电子层存在电子空位,或是物质内存在间隙,能够导通电压波(一定频率的电磁波),在电压波的作用下电子在回路中换位移动形成电流。

金属材料、半导体、液体、石墨、超导体…所有物质的导电共此一理。不是那些在导流子理论建立的导带、禁带。

流行百年的自由电子导电理论是错误的。

                               2019/9/29


    




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