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電子と電流

【摩擦で発生する電気】
 物をこすると電気的に中性な状態が摩擦によるエネルギーによって壊されてしまい、陽子と電子のつりあいが とれなくなります。このとき飛び出した電子は別の物に移動してしまい、電子が飛び出した物はマイナスの電気が減ったこと により陽子の数が電子の数より多くなるので電気的にプラスになります。

 逆に電子が移動してきた物の方はマイナスの電気が増えたことにより陽子の数より電子の数が多くなるので、 電気的にはマイナスになります(帯電)。

 ただ、帯電しているだけではそれぞれの物はプラスかマイナスの電気(電荷)を持っているだけで電荷は動きません。 これらの電荷に圧力(電圧)がかかると、電荷は移動することになります。この電荷の移動こそが電流なのです。 電流は水が高い場所から低い場所に流れるように高い電圧の物から低い電圧の物に流れていくのです。

【金属が電気を通しやすいわけ】
 一方、電子の中には外から電圧をかけなくても電荷を電気の流れに変えることができるものがあります。 つまり、原子間を自由に移動できる電子です。

 例えばカリウム(K)の原子構造をみてみます。原子核の周囲を回る電子は電気的な引力に引っ張られながら 一定の軌道上(電子軌道)を回っています。その軌道は原子核に近い順に、K殻、L殻、M殻、N殻…と呼ばれていて、 それぞれの殻に入ることの電子はK殻が2個まで、L殻が8個まで、M殻が18個まで、N殻が32個までといった具合に 決まっています。

 カリウムの場合、電子を19個持っているので、M殻までは全て電子で満たされていてN殻に1個電子がある状態 になっています(図1)。

(図1)


 この最外殻(カリウムの場合はN殻)にある電子のことを最外殻電子といい、最外殻電子が1個から3個の場合、 原子核からの引力は弱く、摩擦などのわずかなエネルギーが加わっただけで、引力の拘束から離れ、軌道から はずれやすくなります。

 このような電子を自由電子といい、金属類にはたくさん存在するために電気を通しやすいわけです。 逆に自由電子がない物質は電気を通しにくい性質をもっています。