電気の性質と電気の概念

電気は最も一般的なエネルギーの形態です。電気は照明、輸送、調理、通信、工場でのさまざまな製品の生産など、様々な用途に使用されます。私たちの誰もが正確には電気とは何かを知りません。電気の概念とその背後にある理論は、その異なる振る舞いを観察することで発展させることができます。電気の性質を観察するためには、物質の構造を研究する必要があります。この宇宙にあるすべての物質は、分子と呼ばれる非常に小さな粒子で構成されています。分子は、その物質の特性が全て含まれる最小の粒子です。分子はさらに小さな粒子である原子で構成されています。原子は、元素として存在できる最小の粒子です。

物質には2種類があります。分子が同じ原子で構成されている物質は元素と呼ばれ、分子が異なる原子で構成されている物質は化合物と呼ばれます。電気の概念は、物質の原子構造から得られます。

原子の構造

原子は1つの中心核を持っています。核は正のプロトンと電荷を持たない中性子で構成されています。この核の周りには多数の軌道電子が存在します。各電子は負の電荷-1.602 × 10– 19クーロンを持ち、核内の各プロトンは正の電荷+1.602 × 10 – 19クーロンを持っています。相反する電荷により、核と軌道電子の間に引力が働きます。電子は核の質量に比べて比較的無視できるほどの質量しかありません。各プロトンと中性子の質量は電子の質量の1840倍です。

各電子と各プロトンの絶対値が同じであるため、電気的に中性の原子では電子の数とプロトンの数は等しくなります。原子が電子を失うと正のイオンとなり、電子を得ると負のイオンとなります。

原子の最外殻には結合が弱い電子が存在することがあります。これらの電子はごく少量のエネルギーで親原子から離脱することができます。これらの電子は自由電子と呼ばれ、物質内でランダムに動き、一つの原子から別の原子へと移動します。全体として電子とプロトンの数が等しくない物質は電気的に帯電しているとされます。電子の数が多い場合、物質は負に帯電しており、プロトンの数が多い場合は正に帯電しています。

電気の基本的な性質は、負に帯電した物体と正に帯電した物体を導体によって接続すると、負に帯電した物体の余分な電子が正に帯電した物体へ流れ始め、その正に帯電した物体の電子不足を補います。
上記の説明から電気の基本的な概念を理解いただけたと思います。常温下で多くの自由電子を持つ材料があります。よく知られている例としては、銀、銅、アルミニウム、亜鉛などが挙げられます。これらの自由電子の運動は、電位差をこれらの材料の一部に適用すると、特定の方向に簡単に制御できます。自由電子が豊富なため、これらの材料は良い電気伝導性を持っています。これらの材料は良導体と呼ばれます。導体における電子の一方方向への漂移は電流と呼ばれます。実際には、電子は低電位（-）から高電位（+）へと流れますが、一般的な電流の方向は高電位点から低電位点へと定義されており、電子の流れとは逆方向になります。非金属材料（ガラス、雲母、スレート、磁器など）では、最外殻は満たされており、最外殻から電子を失う可能性はほとんどありません。そのため、このような材料には自由電子がほとんど存在しません。
したがって、これらの材料は電気を通さず、つまりこれらの材料の電気伝導性は非常に低いです。このような材料は非導体または電気絶縁体と呼ばれます。電気の性質は、導体に電位差を加えると流れますが、絶縁体には流れないというものです。

出典: Electrical4u

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