等離子體在稀薄物質里的電導率可以說是無敵，但是其導電性能跟金屬比還是差得遠。

　　等離子體（又稱電漿）是在固態、液態和氣態以外的第四大物質狀態，其特性與前三者截然不同。主要表現為其運動性質受到電磁場的主導。

　　宇宙中 99.99％ 的空間充滿等離子體，所以，認識等離子體，就等于認識我們所在宇宙的 99.99%。

　　由地球表面向外，等離子體是幾乎所有可見物質的存在形式，大氣外側的電離層、日地空間的太陽風、太陽日冕、太陽內部、星際空間、星云及星團，毫無例外的都是等離子體。

　　隨著科技的發展，人造的等離子體也越來越多地出現在我們的周圍。比如日常生活中：日光燈、電弧、等離子體顯示屏、臭氧發生器。以及工業應用中：等離子體刻蝕、鍍膜、表面改性、噴涂、燒結、冶煉、加熱、有害物處理。還有高技術應用：托卡馬克、慣性約束聚變、氫彈、高功率微波器件、離子源、強流束、飛行器鞘套與尾跡等等。

　　等離子體的應用非常廣泛，而且，等離子體是電離的，意味著其內部包含自由電子，就像金屬和導電溶液一樣，這就很讓人聯想它是不是能被作為輸電設備。

　　輸電介質有一個通用的標準來衡量性能：導電率和電阻率，實質上這兩個系數互為倒數，電阻率越小電導率就越大，材料就越適合輸電。

　　這個東西就像小學生的期末考試，本科生的 GPA，研究生的 Paper 一樣。是個硬性指標。

　　在等離子體物理中，對于電阻率也有非常廣泛的研究，其中有廣泛應用的Spitzer 電阻率：

公式1

　　這個理論公式是 1950s 提出的，直到今天還有很廣泛的應用。

　　公式中的

是庫倫對數，表征等離子體中的碰撞

　　其中最小作用程的取法不同研究中不大一樣，但大部分理論研究中都是用庫倫對數表征等離子體中的碰撞的。

　　公式（1）中可以直觀的給出這樣的規律，碰撞越多（庫倫對數大），電阻率就越大。溫度越高（電離度越高），電阻率越小。

　　所以最理想的狀況就是，碰撞非常非常少，也就是高度真空，溫度非常非常高，達到完全電離。這種情況下電阻率會很小。

　　實際測量中，在 1e20cm^-3 的真空度下，大約 20000 度的溫度下，等離子體的電導率大概是 10^4 S/m:

　　而常見的金屬的導電率：

　　看電阻率天梯段位不說黃金和青銅了，簡直是廢鐵都不如。

　　為什么等離子體會給我們一種，它電導率很高的感覺呢？

　　甚至是在很多計算中，我們都是考慮理想導體等離子體，也就是使用完全沒有電阻的等離子體。

　　核心問題就是碰撞

　　在金屬導體中，電子在很多離子中穿梭（黃線是運動軌跡）

　　能影響電子運動的主要因素是碰撞。電子在金屬這種到處都是原子核的物質中的碰撞頻率非常高，碰撞自由程很短，兩次碰撞之間電子走的路程可以近似成直線，電阻主要就是來自于電子和離子之間的碰撞。

　　而在稀薄的等離子體中，能影響電子運動的除了碰撞還有電磁場（黃線是運動軌跡，灰線是磁場）

　　而在兩次碰撞之間，電子受到電磁場作用運動情況會發生非常巨大的改變。在很多時候，我們只關注這部分運動情況的時候，可以假設沒有碰撞。這可以極大的減小運算量。

　　在計算中所使用的這種無電阻假設并不代表等離子體就是超導的，相反，等離子體電阻跟金屬比還是很大的。只是在金屬中產生電阻的因素【碰撞頻率】在等離子體中很小。

　　總結

　　等離子體相比于空氣是導體，但是導電率遠不及金屬，而且需要高溫電離抽真空等工序，維持等離子體成本非常高。

　　所以，雖然在大部分理論研究中，等離子體被認為是“理想導體”。它離能被用作輸電線路還有很長的路要走。

　　參考資料：

　　Cohen, Robert S.; Spitzer, Jr.， Lyman; McR. Routly， Paul (October 1950). "The Electrical Conductivity of an Ionized Gas" . Physical Review. 80 (2): 230–238. doi:10.1103/PhysRev.80.230.

　　Haun, Jens & Kunze, H.-J & Kosse, S & Schlanges, M & Redmer, R. (2002). Electrical conductivity of nonideal carbon and zinc plasmas: Experimental and theoretical results. Physical review. E, Statistical, nonlinear, and soft matter physics. 65. 046407. 10.1103/PhysRevE.65.046407.

　　撰稿：張沛錦

　　美編：李瑩

　　石頭科普工作室出品

總結

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