導体と絶縁体

1. 導体と絶縁体

2. 導体：電荷が通過しやすい伝導性物質絶縁体：電荷が通過しにくい非伝導物質導体：電荷が通過しやすい伝導性物質絶縁体：電荷が通過しにくい非伝導物質

3. 周期表 原子が小さくなる イオン化エネルギーが増大する 金属 半金属 非金属

4. エネルギーの最も高い最外殻電子 Na原子 最外殻の軌道に居る電子は最もエネルギー状態が高い。原子核との結合は最も弱い。最外殻電子は、外部からエネルギーをもらうと、この原子から離脱してしまう。 陽子11個 離脱した電子は自由電子と呼ばれ、電気伝導の担い手になる。

5. 金属はよい導体である 金属原子の外殻に、ゆるく結合された電子が、電気伝導の担い手になる。 金属元素が結晶を作ると、最外殻の電子軌道の裾野に重なりあいができてくる。 ＋ ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ ＋ ＋

6. 金属はよい導体である 伝導電子は金属原子全てにゆるやか に共有されている。 金属では、多数 の伝導電子の 海に中に、イオン （Na+等）が浮いて いるような感じ。 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋

7. ゆるやかに結合された伝導電子は、少しだけエネルギーを得ると、金属内を全く自由に動き回れるようになる。ゆるやかに結合された伝導電子は、少しだけエネルギーを得ると、金属内を全く自由に動き回れるようになる。 摩擦や常温の熱 などのわずかな エネルギーで、原 子核からの引力 の拘束を逃れて しまう。 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋

8. 絶縁体の原子の特徴 絶縁体では、電子が原子核に強く結合されている。そのため、所属する原子を離脱して、原子の間を移動していくことができない。 ＋ ＋ ＋ － ＋ － － － Ne原子（非金属） － ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － ＋ － ＋ ＋ ＋

9. 電子のエネルギー領域 バンドギャップ：電子が存在できないエネルギー状態 電子が存在できるエネルギー領域： エネルギーバンド 空き 空きのある軌道 （電子が動き出せる） 電子のエネルギーレベル 電子が詰まっているエネルギーの低い電子軌道 （電子は脱出できない）

10. 絶縁体でのエネルギーバンド 電子が電気伝導の担い手になって、原子の間を動き回れるエネルギーバンドに入るためには、最外殻電子も大きなエネルギーを吸収せねばならない。 伝導帯 ～5eV 電子のエネルギーレベル 最外殻の電子軌道にも電子が詰まっている。外部から少々電場がかかっても、電子はこれらのバンドから脱出できない。

11. 金属でのエネルギーバンド 金属元素の最外殻エネルギーバンドは最外殻電子によって一部しか満たされていない。 伝導帯 電子のエネルギーレベル 最外殻電子は、常温の熱エネルギーなどによって自由に金属中を運動していける。 内側の電子軌道の電子が満たしているエネルギーバンド。

12. 半導体でのエネルギーバンド 伝導帯 半導体はバンドギャップが狭い！ 絶対0度では絶縁体と同じ電子配置。バンドギャップが狭いので、温度が高くなるにつれ、熱エネルギーによって電子は高いエネルギーバンド（伝導帯）に入り、電気伝導を担えるようになる。 電子のエネルギーレベル 半導体に低濃度の不純物を入れると、バンドギャップの中に新しいエネルギー準位が生じて、電子が移動できるようになる。

13. 絶縁体に電荷を帯びた（帯電した）物体が近づくと、電子の分布が偏る！絶縁体に電荷を帯びた（帯電した）物体が近づくと、電子の分布が偏る！ ＋ ＋ ＋ ＋ 正に帯電した物体を近づける － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － －

14. 電子の分布が偏った絶縁体と、帯電物体との間に引力が生じる電子の分布が偏った絶縁体と、帯電物体との間に引力が生じる ＋ ＋ ＋ ＋ 正に帯電した物体 － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － 引力 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － －

15. 負に帯電した風船が絶縁体の壁に近づくと、壁の分子の中で、電子の分布が風船の負電荷を避けるように偏りができる。負に帯電した風船が絶縁体の壁に近づくと、壁の分子の中で、電子の分布が風船の負電荷を避けるように偏りができる。 負に帯電した風船 － ＋ ー － － － ー ＋ ＋ 風船が接近して、 部分的に分極した壁 － － － － ＋ ＋ ー ＋ － － ー ＋ － － ＋ ー ＋ － － ー ＋

16. 電子分極：電子が原子核に対して平均としてずれる。電子密度が偏る。電子分極：電子が原子核に対して平均としてずれる。電子密度が偏る。 － － ＋ ＋

17. 導体に帯電物体が接近すると、導体内の電荷の移動が起きる。導体に帯電物体が接近すると、導体内の電荷の移動が起きる。 正に帯電 負に帯電 － － ＋ ＋ ＋ ＋ 正に帯電した物体 ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － 引力発生 ＋ ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ ＋ ＋ － － ＋ ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ ＋ ＋ － －

18. 純水の電気伝導 純水中では電子は水分子にランダムに散乱されて 自由に移動できない。従って純水は電気伝導性が低い。

19. イオン化合物 周期表の左側の元素は最外殻電子を放出しやすい。 周期表の右側の元素は電子を捉えて負イオンになりやすい。

20. イオン結合 異符号の電荷を持つイオン同士が電気的引力で結合するのがイオン結合。 電子を取り込みやすいClイオン 電子を放出しやすいNaイオン

21. 電解液の電気伝導 純水中にイオン化合物が溶けると、電子を束縛しやすい元素は正イオン、電子を放出しやすい元素は負イオンになり、それぞれ帯電する。これらが電気伝導を担う。

22. 空気の電気伝導 • 空気は空気中の電子をランダムに散乱する。従って、通常は空気は不導体。 • しかし、強い電場がかかると、電子が加速され、気体分子に激しく衝突することがある。この衝撃で、多くの気体分子から電子が飛び出し、電場に加速されていく。これを放電現象とよぶ。放電によって気体にも電気伝導性が現れる。