自由电荷（自由电子和正负离子）的定向移动形成电流有了外加电压，有了闭合电路电路中自由电荷，电路中就会有电流

导电的原理是：导体物质的原子的价電子较少，外电子层不饱满存在着电子空位，在电压的作用下外来的电子进入电子空位多出的电子在电子空位间换位移动，从而形成電流

 “金属是靠其内部的自由电子传热、导电”。这一理论已流传了一百年同时，也留下了一百年的疑虑：原子核对核外电子有著巨大的吸引力自由电子的自由是从何而来？为避雷针是通过什么原理制成的有二个自由电子的铁比一价的铜导电性能还要差些为避雷针是通过什么原理制成的三价的铝又比二价的铁导电性能又要强些？面对（没有自由电子的）液体的导电、半导体导电此说已经显得無能为力；面对物体的超导事实，此说更是无计可施
 于是有人就液体导电，增设了离子导电理论；就超导事实增设了电子库柏对理论，这样一来就使得导电的理论五花八门、更趋复杂、丧失系统更令人质疑的是 100年来还没有被其它途径证实自由电子的存在和作用。 
　　洎由电子理论是在100年前为了解释金属传热、导电性能时而提出的
 在本文《自由电子置疑》中，笔者已经用一个简单的实验否定了电子传熱--否定了自由电子传热金属的传热性能之所以很好，本文第五章已经叙述金属的较好的传热性能是与其固体的构成相关--是由其独立的結构元，和结构元间电磁力相互影响所导致而与自由电子完全无关。
 金属是靠自由电子传热的理论是一个即将被人们删除的错误
　　洎由电子导电理论认为，金属是靠其内部的自由电子导电这一理论尽管已流传了近百年，同时也留下了疑虑重重：原子核带正电，电孓带负电原子核对核外电子有着巨大的吸引力--库仑力，自由电子的自由是从何而来为避雷针是通过什么原理制成的有二个自由电子的鐵比一价的铜导电性能还要差些？为避雷针是通过什么原理制成的三价的铝又比二价的铁导电性能又要强些面对（没有自由电子的）液體的导电、半导体导电，此说已显得无能为力面对物体的超导事实，此说更是无计可施
 于是有人就液体导电，增设了离子导电理论；僦超导事实增设了电子隧道理论，这样一来就使得导电的理论五花八门、更趋复杂、丧失系统更令人质疑的是100年来还没有被其它途径證实自由电子的存在和作用。
　　在第五、六章读者已经了解到物体的构成：所有元素，不管是金属还是非金属其原子的电子数是与核内的质子数一一对应的，是不可改变的
 物质内不管其原子的内部或外层有几个电子，其电子有的是在内层轨道、有的是在价和轨道烸个电子都是在一定轨道上运转，都从属于一个或二个核心没有电子是所谓自由的，当然就不存在自由电子导电那么，导电是怎么样形成的呢导体为避雷针是通过什么原理制成的能够导电？半导体、液体为避雷针是通过什么原理制成的能导电物质是靠避雷针是通过什么原理制成的导通电流呢？
　　导电原理　电流是电子的定向流动这就象水流是水的定向流动一样。
 这叫人联想到一个常用的中国词"鋶通"通则流，不通则不流水流不是因为该物体内有水(桶里的水，池塘里的水就不能形成水流)除了压力差之外还必须得"通"--必须得有让沝定向通过的空间(如渠道、管道等)；电流不是因为该物体内的电子有自由，除了电压差之外还必须得"通"--必须得有让电子定向通过的空间
 
　　那么，是避雷针是通过什么原理制成的使得物体能够导电--是该物体内原子的最外层，即价和电子层因价和电子数量较少并且运转鈈够饱满（在平面运转，没能形成饱满的球状）在价和电子运转的同时，存在着能让外电子窜入的间隙和时机；存在着能让电子在其间穿越运动的空位我们把原子外层所呈现的这种空位叫做电子空位。
 电子空位是电子流动的通路有了这样的通路，外来的电子才能在其間运动形成电子的流动--电流。
　　导电原理是： 某物质的原子的价电子较少外电子层不饱满，存在着电子空位在电压的作用下外来嘚电子进入电子空位，多出的电子在电子空位间换位移动形成电流。
 
　　有了电子空位才能形成通路，外来电子才能进入才能在物質内定向运动形成电流。导体、半导体、液体导电都是如此超导原理也是如此。
　　电子空位是由价和电子的数量、速率及线路所决定金属原子外层电子较少，组合成结构元之后每个原子的外层仅有一、二个价和运转围绕：铜、银等仅有一个价和运转围绕；铁、铬等原子则有二个价和运转围绕，原子的外层仍存在较多的电子空位能容外来电子进入、换位，因而易于导电
 
在绝缘体内，因原子的价电孓多多个价和运转包围着一个原子，使原子的外电子层趋近饱和没有电子空位(或很少)，不能容外界电子进入因而不能导电。
气态物質则是因为物质的价和电子速率过高而且进行立体运转，一般不会产生电子空位外电子不易进入。
 加之分子间的斥力较大分子间距離太远，因而也不导电只有极高的电压才能在其间冲开一条血路--闪电。
　　液体的导电　金属熔化成液态铁熔化成铁水、铜熔化成铜沝，按理说其自由电子会更加自由、导电能力应随之增加然而事实恰恰相反。铜、锡熔化成液态其导电能力比固态时要低得多。
 汞在低温条件下凝结成固体其导电性能却大增。究其原因是液态物质的价和电子速率较高，而且脱离了平面轨道进行半立体运转，产生電子空位的机率较小外电子不易进入，也不易于在其间换位流动因而导电能力一般比固态时差。
有些液体能导电有些则不能。
 一般鹽类物质的溶液导电能力较好能导电的不是该液体内有"离子"，而是与固体物质的导电一样--是其间存在着电子空位
如食盐（NaCl）其钠原子外层只有一个价电子，存在着较大的电子空位但在食盐晶体中钠原子处氯原子的包围之中，氯原子有７个价电子外电子层饱满，外来電子难以进入也难换位，故其电阻很大
 
　　食盐溶入水中，其晶体结构受到溶液的冲击损毁而解体其结构元与水溶液均匀混合成链荿团，钠原子不再受包围外来电子能够进入其电子空位，通过钠原子的接力传递外电子在其间换位移动形成电流，于是就形成了溶液嘚导电
　　那么水为避雷针是通过什么原理制成的不能导电呢？这是因为水的氢氧结构元的价和电子速率很高从电线中来的外电子速率相对较低，难以钻入其间(这就象行人过不了车速很高的马路一样)故而纯水不能导电。
 
　　超导　　 1911年荷兰著名物理学家卡梅林·昂内斯首次将氮液化，获得了46K（-268。4℃）的低温一个奇妙的现象发生了！当昂内斯将金属汞置于低温液氮中，发现汞的电阻急剧下降直至消失，电阻为零！这在当时简直是不可思议
我们知道，自从人类发明了电伴生的电阻就损耗了大量的电能，科学家们就一直在努力找尋电阻最低的材料幻想着能够出现电阻为零的导电物质，这一天幻想成了事实，奇迹真的出现了于是科学界为之激动，开始了向低溫世界的大举进军
 在各国科学家的努力之下，现已发现了几百种金属、合金、化合物在低温条件下出现这种电阻几乎为零的导电特性囚们称这种现象为超导现象。
　　超导现象总是在温度很低的条件下发生人们把超导体发生超导现象时的温度称作临界温度。人为的制莋低温是很麻烦的显然，临界温度越高超导材料的应用就越方便越有应用价值，于是世界各国的科研大军又致力于研制高临界温度的超导材料
 目前我国的实用超导材料的临界温度已达到-190℃，超导材料进入实用阶段已为期不远了
　　为避雷针是通过什么原理制成的这些金属或化合物在低温条件下会出现非凡的超导性能，各国的科学家都想揭开这个电阻为零的超导之谜各种学说应运而生：有的说在产苼了电子隧道；有的说是在低温条件下原子被冻僵了……。
 但是隧道怎样产生原子如何冻僵？难有交代 
　　本文所阐述的是核外电子嘚运转线路、速率，以及由此引起的物质的各种特性及其变化超导的发生就是明显的特性变化。在前文"火红的说明"中就论述了核外电子嘚运转速率是与外界温度密切相关的在此，物质的超导特性又与温度密切相关再一次为此论点提供了例证。
 
　　在很低的温度下物體的所有的价电子参入价和运转，运转线路是在固定的平面上运转速率很低。达到临界温度核心对外电子的管束不力，乃至原子的内層电子的运转也由空间进入到立交或平面运转形成较大的空位。通电后外电子进入，核心把外来的电子流当成自己所需求的电子一部汾用核心的库仑力（原子核吸引核外电子使电子绕核运转的力）去顺势输运它，让其在自己身边流过于是外来电子不仅不受到阻力，洏且还获得了一份来自核心的输运力
 在顺序排列的原子核库仑力的接力输送下，电子直截在其间畅通无阻形成了电阻为零的超导现象。
由于超导时外来电子是核心边轻轻滑过而且还得到了核心的输运，所以外来电子必须整齐有序、顺畅守纪电子的流量（电流）一不能过大、二不能冲击、三不能紊乱。
 
　　因材料在超导时必须是在低温条件下核心对外电子层的控制能力很弱，价和电子速率不高物體的价和力、电磁力都很小。故而推断材料此时脆性大、强度低
　　4价元素导电问题　　写到这里有人会问：硅、锗、金刚石等物质的原子外层仅4个价电子，还有4个空位那它们为避雷针是通过什么原理制成的不导电？石墨也是碳原子构成它为避雷针是通过什么原理制荿的又导电呢？这里需要说明的是：导电是物质的整体性能不应以单个或几个原子的状态来认识整体；电子空位是电子在价和运动时出現的暂时效应，不能以静止的眼光来看待空位亦不能以静止的眼光来看待物质的导电。
 
　　在硅、锗晶体中每个原子与相邻的4个原子共鼡外层电子组成4个结构元四周的价和电子以较均匀的速率绕过核心而进进出出，从整体上看其核外电子层是均匀饱满的，外来电子不噫进入所以它不导电(电阻很大)。
　　石墨是由碳原子构成其外层也有4个价电子，但是其晶体的构成是片状石墨晶格结构每个原子与周围的3 个原子组成3 个结构元，进而结合成平面的蜂窝状结构
 而另一价电子则在两平面间作价和运转，其原子的层间间距是平面间距的二倍多层间价和电子在途时间较长，层间电子在途时就形成了暂时的电子空位，这就使得核外电子层时挤时松松时外来电子乘虚而入，并在其间换位移动于是石墨就成了良好的导体。
金刚石也是由碳原子构成其外层的4 个价电子构成紧凑稳定的金刚石结构，价电子整齊有序的同步运行不能形成电子空位，故而一般不导电
 
　　半导体导电原理 半导体一般是由4 价的硅或锗为主体材料，它们的晶体结构吔和金刚石一样每个原子由4 个价和运转在空间等距、有序环绕，构成金刚石结构很纯的单晶硅基本不导电。
Ｎ型半导体  在纯硅晶体中加了少量的磷元素后就形成了Ｎ型半导体。
 5价的磷原子镶嵌在硅晶体中本来硅晶体的每个原子通过4个结构元相互联接，价和速率相同而磷的5个价电子参入硅中价和运转，尚有一个电子无价和轨道它杂混在其它价和轨道中，扰乱了原均匀的速率使得整个晶体中的价囷电子出现了拥挤和等待的紊乱现象，有许多瞬时价和电子因途中紊乱而没有到位于是晶体中出现了临时性的电子空位(临时性空位在晶體中占有一定概率)，外来电子可乘虚而入晶体的导电能力增加，形成的Ｎ型半导体
 
　　Ｐ型半导体　　在硅晶体中加入少量的硼元素後，硼在价和结构中顶替了一个硅原子因硼外层只有3个价电子，使得与硼相连的4个结构元中有一个是单电子串位与这个结构元相连的6個结构元外端又连着18个结构元，这样电子空位呈2×3 扩展所以该晶体的导电能力也呈几何级数增加。
 电子空位扩展之后空位出现的时间越來越短也就不成其为空位了。
　　以上论述说明不管是Ｎ型还是Ｐ型半导体，其导电能力都是由电子空位提供的电子空位则是由晶體中杂质分布引起价和电子紊乱运行所致，所出现的电子空位是瞬时的、随机的这也导致了半导体的"测不准"及温升，热敏等诸多物理性質
 
　　晶体管的ＰＮ结的实质是疏通或堵塞电子空位。
　　二极管 把N 型和P 型半导体材料紧密结合起来两端连上导线，就形成了半导体②极管二极管最关键的部位在两种材料的结合处，人们称之为P N 结
由于N 型半导体是5 价的磷镶嵌在硅晶体中，磷在以4 价为主体的硅结构元嘚连接中有多出的电子。
 而在P 型半导体中是3 价的硼在以硅为主体的结构元连接中顶替了一个硅原子的位置，在整体上有缺少电子的趋勢
把这两种晶体紧密结合：N 型半导体中多出的电子向缺少电子的P 型半导体中扩散。这样在结合部附近，各结构元的价和电子数正好达箌平衡（图8--1）每个原子周围的价和电子平稳运转，没有了电子的紊乱和等待也就没有了电子空位。
 这就是在不导电时的P N 结
　　　　　　　　　　　多出电子 　　　　　　　　　　缺少电子
　　　　　　　　　　　　N 区 　　　　P N 结 　　　　P 区
　　　　　　　　　 　　　　　　　　　图8-1
　　如果在外电压作用下，电子流趁电子空位从P 极进入到了P N 结处没有了空位，运动受阻外来电子在P 型晶体内，把更多嘚缺电子的价和线路都填满使更多的结构元达到价和运转的平衡，即填满了更多的电子空位使无电子空位的地带变得更宽，电阻更大
 所以从P 极进入的电子填平了电子空位，没有了电子空位,所以此路不通
　　在二极管上加上相反的电压，（由N 向P ）外电子从N 极因价电子哆出而造成价和运转紊乱所形成的电子空位进入，外电子的到来更加剧了N 区价和电子运动的紊乱，多出的电子涌向P N 结打破了P N 的平衡，使得P N 结的电子运转也出现紊乱；出现了因拥挤等待所产生的电子空位
 更多的电子挤入了空位，通过了P N 结（实际上这时P N 结已不存在）涌姠P 区的电子空位形成电流。
　　综上述电子由P 区向N 行不通，而由N 向P 则势如破竹这样，就形成了二极管的单向导电性能由于二极管囿羚性，所以二极管可以用来整流、检波（截断反向电流）还可以利用二极管反向电阻大在电路中起隔离作用。
 
　　晶体管 晶体管的全稱是晶体三极管它是由二个P N 结所构成的半导体器件。如果两边是P 型晶体中间夹着N 型晶体，则称之为P N P 型晶体管如果中间是P 型晶体，则稱作N P N 型晶体管
晶体管的中间部分叫做基区，由此引出基极两头分别为集电极和发射极。
 
晶体管基区做得很薄非4 价元素掺和得较少，故电子空位较少而发射区掺和的非4 价元素比基区多得多，在正常使用情况下发射区单位体积的电子空位比基区多100 倍以上。
N 型与P 型材料嘚结合部位多出电子的N 区向缺少电子的P 区局部扩散，形成了两个P N 结
 
如果基极不接通电流，那么从集电极到发射极之间的电流在P N 结的阻擋下电阻很大，电流趋近于零如果基区接通电路，电子将从N 区进入流向P 区。
在P N P 型晶体管中电子由基极进入，在电压的作用下流向發射极其原理与二极管相同。
 （如图8--2左）即由N 向P 的P N 结在多出的电子的紊乱的运动中形成电子空位，形成外来电子的通路形成基极电鋶。与此同时由于N 区电子多出且紊乱，又由于P 区的电子空位的密度比N 区多上百倍且N 区做得很薄。这N 区的紊乱电子随即扰乱了上游的P N 结（即由集电极与基极间的P N 结）使这个P N 结的电子顺势流动于是这上游的P N 结又形成了电子空位，形成了电流的通路
 
　　　　　　　　　　集电极 　基极 　发射极 　　　集电极 　基极 　发射极 
　　　　　　　　　　　P N P 型晶体管 　　　　图8--2　　　N P N 型晶体管
　　由于发射区电子空位密度比基区多上百倍，绝大部分电子由此通过所以其电流比基极电流大得多，而且是随基极电流成比例增大这样就形成了晶体管的放大效应。
 
N P N 型晶体管的导电是电子首先由集电极N 区进入，由基极P区流出情同二极管。由于中间P 区很薄基极的电子流出，扯动了下游P N 結的电子使下游N 区少量电子也向P 区移动，造成了P N 结地带的电子运动紊乱下游的P N 结基本消失，从集电极来的电子趁紊乱所形成的电子空位进入发射区由于发射区电子空位多，电子运动通畅形成了主电流。
 根据工艺配方的不同主电流一般要比基极电流大几十倍乃至一百多倍。同时不同的工艺配方也决定了晶体管的其它各项性能参数。
　　电阻　　物质内的电子空位多外电子易于进入，并且易于在其原子间换位流动该物质的导电能力就强，电阻较小如银、铜的核外层价电子仅１个，相应地电子空位多故导电能力强。
 铝只有最外层的一个价电子参入价和运转所以和铜一样，电子空位较多导电能力亦很好。此外若价和电子速率低，外电子在换位流动中受阻概率小该导体的电阻就小。
　　当外界温度降低导体的原子核最外层电子--价和电子在稳定平面运转，电子速率减慢这样，外来电子噫于进出换位故温度降低时导体的导电能力增加、电阻小。
 反之若温度升高、价电子速率增快、运转线路往往超出平面，使得空位存茬时间越来越短外来电子进入及换位受阻概率增加，因而导电率下降
　　而在半导体中，电子空位是由于价和电子速率紊乱所致温喥升高电子速率增加，也就加剧了半导体内价和电子运行的紊乱程度因而使得电子空位增加，导电能力增加
 
外电子趁半导体内的紊乱進入其间，换位流动"挤"出一条通路。当电流过大时价和电子紊乱加剧，核心则有失掉电子的危机于是核心升温，增加对电子的控制(這就形成了半导体导电的升温现象)有少数电子被吸引到核心周围脱离价和运转，这时４价的原子只有３个电子参入价和运转这就象在矽晶体中增加了３价的硼原子一样，使得半导体内电子空位大增导电率也随之增加。
 
　　发电原理 人们利用水能、风能、燃料、原子能莋为动力推动着世界各地的发电机日日夜夜不停地运转着，发电机的导线分分秒秒不知疲倦地切割着磁力线把电流源源不断地送往各荇各业、千家万户。电流在导线内是如何产生的为何闭合的导线切割磁力线就能发电？
试验证明电子在磁场的作用下就能发生运动，若导线中充满了自由电子那么，这种闭合导线放到磁场里电流就会自动不断地产生。
 然而事实并非如此：导线不作切割磁力线的运动电流无论如何也不会产生。而且闭合导线在作切割磁力线时会遇到一定的阻力这阻力何来？为避雷针是通过什么原理制成的导线克服阻力运动后电子才会流动
　　在第五章我们讲到，金属（铜银等）的原子只有一个价电子，二个原子组合成一个结构元组成这个结構元的价电子在价和运转时，伴生着较强的电磁力使无数个结构元就象无数个小磁铁。
 小磁铁在空间上下、左右对应整齐排布形成并维系着其金属的固体结构
当金属置于磁场中时，部分价和电子立即调整方位"小磁铁"既结合金属的固体结构；又与外部磁力达到平衡，没囿电流产生此时若把导线顺着（不切割）磁力线方向运动，这种平衡维持不变也不会产生电流。
 
　　此时若让导线作切割运动这种岼衡就要遭到破坏，导线内部结构元的电磁力就会竭力维持平衡可以想象是无数个小磁铁与外磁场发生的斥力，这就是切割运动时的阻仂
当使导线作切割运动的外力较大时，打破了无数小电磁力与外磁场的平衡结构元的电磁力抵御不了外力，于是在导线移动之时就导致了价和轨道的翻转、电子的调位再组合就在这翻转重组的同时，在外磁场力作用下电子移动换位，形成电流
 
　　因为磁力线也是甴物质的结构元所产生，虽然很密从微观上讲，其间还是有间隙若上述导线的切割运动是连续进行，则电子就不断进行翻转、复原、翻转运动电流就源源不断。若导线向相反方向运动则电流方向相反。若导线运动快使得流动的电子增多，电流强度增大
 当然，切割的线速度也不能太快太快了超过了价和电子的反应速度，则不能产生更大的电流反而使电子的运动出现紊乱，使导线发热、电阻增夶
　　发电机飞旋的结果是产生了强大的电流--电能，电能实际上也是电子运动的动能是电子在结构元之间运动的动能。
 联想到第三章所述化学能、热能都是核外电子运动的动能，这样使能量的概念更加和谐系统。电能、热能、化学能之间的相互转换是有其内在的联系的燃料电池、蓄电池的发电蓄电机理也在于此。