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電的特性

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自然界的閃電是電的一種現象。

Electricity )是自然界的一種基本現象,在生活中我們很容易就可以發現它的存在。在大自然裏,電的機制給出了很多眾所熟知的效應,例如閃電、摩擦生電、靜電感應電磁感應等等[1]。 本教學將介紹電學的基本概念,讓讀者知道各種物質如何產生電的作用。

物質及原子結構[编辑 | 编辑源代码]

物質的組成[编辑 | 编辑源代码]

各種化學元素(chemical element)可以組成物質,截至2018年所知道地球發現元素,總共有118種元素被發現,而元素最小單位稱為原子(atom)。大部分物質多半由多種元素構成,稱之為化合物,其最小單位為分子(|molecule),分子再細分就成為原子。

將物質(化合物)分割成分子型態後,並不會改變物質原來的特性(如液態水變成水蒸氣,本質上還是水);若再將分子分解成原子,則會改變物質特性而回復成組成此分子之元素性質,例如水分子H2O就可以分解成氫原子H與氧原子O。

原子的結構[编辑 | 编辑源代码]

原子是由原子和(atmmic nuckeus)與環繞在核外的電子所構成,其中原子核可再細分成帶正電的質子,與不帶電的中子(neutron)。質子與電子所帶電量相等,但電性正負相反。一個原子在正常的情況下,其質子數目等於墊子數目,故原子本身成電中性

電子環繞著原子核運行時,電子只允許存在於特定的軌域(orbital)上,這些軌域稱為 能量層(energy shell),由內而外標是為K、L、M、N、O、P、Q。這些能量層上所能存在的電子數量也有所限制,其每層的電子數目最多只能容納2n²,例如在L層上,n=2,則最多能容納的電子數為2‧(2)²=8個。

電性[编辑 | 编辑源代码]

正負離子的產生[编辑 | 编辑源代码]

電子環繞著原子核運行時會受到原子核吸引力作用,愈靠近原子核內層的電子所受到的吸引力愈強;這些電子不容易脫離原子核的束縛,稱為束縛電子(bound electron)。離原子核愈遠外層的電子,受到吸引力愈弱,因此將最外層的電子稱為價電子(valence electron)。當價電子受到外力的作用時,可能會脫離原子核束縛,此時稱為自由電子(free electron)。

原本呈電中性的原子若是失去的電子(帶負電),就會變成帶有正電的離子(ion),成為正離子(positive ion)或陽離子(cation)。相反地,電中性的原子若是獲得額外的電子,就會變成帶有負電的離子,稱為負離子(negative ion)或陰離子(anion),這種將電中性的原子變成離子的過程,稱為電離或游離(ionization)。

電性分類[编辑 | 编辑源代码]

導電性是指物質傳導給電子的能力,物質依照其導電性可分成:導體()、絕緣體()及半導體()。分類如下:

  1. 導體:使物質具有導電能力。價電子數大部分在4個以下。此種物質的價電子容易游離成自由電子。
  2. 絕緣體:阻礙電荷流動的材料。價電子數大部分在4個以上。此種物質的原子常會與其他原子共用價電子,而形成最外層有8個價電子的穩定狀態,因此沒有自由電子可以導電。
  3. 半導體:
練習題
1.原子由______、______、______三種組成。
2.電子帶電量約為______庫倫;質子帶電量大約為______庫倫。
3.原子不帶電的原子失去電子成為______,而獲得電子成為______。
4.原子的能量層上最多含有______個電子。
5.如今有一個矽原子,其電子數為14個,則能量層上各有幾個電子?K=______,L=______,M=______,N=______。
  • 參考文獻
  1. Encyclopædia Britannica Online. electricity. Encyclopædia Britannica.   [2014-04-06] (英语).