实验证明,同性电荷互相排斥,异性电荷互相吸引。这是电的性质
我们使用的电是由发电厂的发电机组发出的,经高压输电、变电、配电送到千家万户。目前发电的方式很多,如火力发电、水力发电、太阳能发电、风力发电、核能发电等。
1.从摩擦生电说起
在初中物理课演示实验中,我们曾用梳子梳理干燥的头发时会发出响声,如果在黑暗中,还会看到一些细小的火花,若把梳子放到一小撮纸屑旁,纸屑就会被梳子吸起来,从古希腊人第一次发现电以后,到了1600年左右,英国女皇的侍医吉伯对摩擦起电现象做了试验,证明了除琥珀外,还有硫磺、树脂、水晶、玻璃和金刚石等,摩擦之后也能吸引又轻又小的物体,于是摩擦就被公认为物体带电的原因。
在200多年以前,美国著名科学家富兰克林经过试验研究又进一步证实,经过摩擦物体所带的电有两种,分别称作正电和负电。玻璃、宝石和丝绸摩擦后,在玻璃、宝石上呈现的电是正电;而胶木、琥珀和毛皮摩擦后呈现在胶木、琥珀上的电为负电。有趣的是,带有正电的物体能把另外一种带有正电的物体推开,相反,它却能吸引带负电的物体,于是,人们总结出电的一个重要规律:同性电荷互相排斥,异性电荷互相吸引。
2.电的产生机理
世界是物质的,自然界的一切物质都是由分子组成的,分子又是由原子组成的。每一种原子都有一个处在其中心的原子核,在原子核周围有若干个电子沿着一定的轨道做高速旋转运动,原子核是带正电的,而电子是带负电的。在原子未受外力作用时,原子核所带的正电荷与外层电子所带的负电荷电量相等,原子对外界处于平衡状态,不显示电性。
3.导体、绝缘体与半导体
（1）导体
能良好地传导电流的物体叫做导体。用导体制成的电气材料叫做导电材料,金属是常用的导电材料。除了金属以外,其他如大地、人体、天然水和酸、碱、盐类以及它们的溶液,都是导电体。金属之所以能够良好地传导电流,是由其原子结构决定的。金属原子最外层的电子与原子核结合得比较松散,因此这部分电子很容易脱离自己的原子核,和别的原子核去结合,失去电子的原子又有新的电子来结合,这样一连串的过程就是导电的过程。
银的电阻率最小,导电性能最好,但由于其价格昂贵,只在极少数地方如开关触头等处采用,一般电气设备中应用最广泛的导体材料是铜和铝。还有一些材料虽然能导电,但电阻率较大,人们常常把它作为电阻材料或电热材料应用于某些电器中,比如用作电炉或电烤箱中的电热丝等。
(2)绝缘体
不能导电或者导电的能力极差的物体叫做绝缘体。常见的绝缘体有木头、石头、橡胶、玻璃、云母、陶瓷等。由于绝缘体的原子结构与导体不同,它的电子和原子核结合得很紧密,而且极难分离,因此将此类物质接上电源时,流过的电流极小(几乎接近于零)。
可以利用它的绝缘作用把不同电位的带电体隔离开来。一般来讲,对绝缘体材料的要求是:具有极高的绝缘电阻、耐电强度和较好的耐热与防潮性能,同时应有较高的机械强度、工艺加工方便等。空气是大家十分熟悉的,它作为一种自然界的天然绝缘材料而被人们广泛地加以利用,纸、矿物油、橡胶和陶瓷都是应用非常广泛的绝缘材料。近年来,由于有机合成工业的兴起,各种各样的绝缘材料不断问世,为新型电气设备的制造提供了良好的条件。
绝缘材料在电和热的长期作用下,特别是在有化学腐蚀的情况下,会逐步老化,降低它原有的电气和力学性能,有时甚至可能完全丧失绝缘性。所以经常检查绝缘性能是电气设备维修中的主要工作之一。绝缘电阻是绝缘材料的主要技术指标。常常用绝缘电阻表来测量设备的绝缘电阻,一般低压电器设备的绝缘电阻应大于0.5M,对于移动电器和在潮湿地方使用的电器来说,其绝缘电阻还应再大一点。
(3)半导体
所谓半导体,顾名思义,就是它的导电能力介于导体和绝缘体之间。如硅、储、硒以及大多数金属氧化物和硫化物都是半导体。半导体的导电能力在不同条件下有很大的差别。例如有些半导体(如钴、锰、镍等的氧化物)对温度的反应特别灵敏,环境温度升高时,它们的导电能力要增强很多。利用这种特性就可做成各种热敏电阻。又如有些半导体(如镉、铅等的硫化物与硒化物)受到光照时,它们的导电能力变得很强;当无光照时,又变得像绝缘体那样不导电。利用这种特性就可做成各种光敏电阻。
更重要的是,如果在纯净的半导体中掺入微量的某种杂质后,它的导电能力就可增加几十万乃至几百万倍。例如在纯硅中掺入百万分之一的硼后,硅的电阻率就从大约2×10n·m减小到4×10n·m左右。利用这种特性就做成了各种不同用途的半导体器件,如半导体二极管、晶体管、场效应晶体管及晶闸管等。