原子と電子と電流

物質のもとになる原子の構造と電気のもとになる、電子について説明します。

原子の中の電子の移動が電流の流れを作っています。

電子と電流の流れの向きは反対になっています。

その理由は、電子が発見される前に電流の流れる方向が決められてしまったからです。

原子の構造

原子は原子核と電子で構成されています。

さらに、原子核は陽子と中性子で出来ています。

陽子の数を原子番号といい、電荷をもたない原子においては、原子番号は電子の数に等しくなっています。

原子の構造

  • 陽子は +の電気をおびています。
  • 電子は -の電気をおびています。
  • 中性子は 電気をおびていません。

通常の状態では原子核の+の電気と電子の-の電気量の合計は、原子全体ではゼロになっていることです。

電子の軌道

電子の動きを説明するときに図2のような平面図を使用しますが、電子の動きは平面図ではその軌道を説明できません。

ここでは殻の説明と電子の収容数について、説明します。

電子

  • 電子が存在できる電子殻は原子核の近い方から、K殻、L殻、M殻、N殻と続いている。
  • それぞれの殻には電子が収容できる数が決まっています。
  • そして、一部の電子が何かのエネルギーを受けて原子から飛び出して自由に動き回ります。
  • この電子を自由電子といいます。
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「電流の向き」と「電子の流れる向き」

図3のように、電子はマイナスの電気をおびているので、+極に惹かれ、正孔は(ホール)は-極にひかれる。

  • 電子の流れ・・・ -極側→+極側
  • 電流の流れ・・・ +極側→-極側でお互いに逆になります。

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■ 電流の定義

電流の強さは単位時間に移動する電気の量で表します。

電気の量のことをクーロン(C)と言います。

1A(アンペア)は1秒間に1C(クーロン)の電荷が流れるときの電流の大きさと定義されています。

電流を \(I\quad\rm[A]\) 、電気量(電荷量)を \(Q\quad\rm[C]\) 、時間を \(t\quad\rm[s]\) とすると

\(I\quad\rm[A]=\cfrac{Q}{t}\quad\rm[C/s]\)

練習問題

 

問題 1

10秒間に70[C]クーロンの電気量が流れた、電流は均一に流れているとすると、どれだけの電流が流れたか求めよ。

<解 答>

\(I\quad\rm[A]=\cfrac{Q}{t}\quad\rm[C/s]\) より

\(I =\cfrac{Q}{t}=\cfrac{70}{10}=7\quad\rm[A]\)

問題 2

6[A]アンペア の電流が 12[s]秒間流れている。移動した電気量を求めよ。

また、電子1個の持つ電荷量を \(1.602×10^{-19}\quad\rm[C]\) とすれば移動した電子の数は 約何個になるか。


\(Q =It\quad\rm[C]\) より

\(Q =It=6×12=72\quad\rm[C]\)

移動した電子の個数を \(n\) とすると

\(n=\cfrac{Q}{q}=\cfrac{72}{1.602×10^{-19}}\fallingdotseq44.9×10^{19}\) 個

以上で「原子と電子と電流」の説明を終わります。