自由電子の働き

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自由電子の働き

物質には電気をよく通す物と、そうでない物があります。この違いは自由電子があるか無いかによります。

 

導体にはたくさんの自由電子が、あるので電気をよく通します。逆に絶縁体は自由電子がないので電気を通しません。電気を通す度合いによって、導体、半導体、絶縁体と分けられます。

 

当たり前に生活していると気が付きませんが、空気は電気を通さない絶縁物に入ります。

 

導体

 

導体というのは R(抵抗)が小さいものということになります。一般的に金属は電気を通すものが多いです。たとえば金、銀、銅、鉛、亜鉛、鉄、アルミなどたくさんあります。

 

導体の代表的な金属は何といっても銅です。価格が比較的安く、電気的な性能にも優れていて、加工もしやすいので、電気機器や電気設備あるいは電化製品などにもたくさん使われています。

 

自由電子の働き

電気をよく通す導体には、自由電子の数が多くこの自由電子が電気を通すもとになります。自由電子というのは、原子との結びつきが弱い電子のことです。

 

自由電子は原子との結びつきが弱いために、外部からエネルギーを受けると原子の外に飛び出してしまいます。電気が流れるのは、自由電子が移動することです。

 

金属は温度によって電気の導電性が変化します。温度が低くなると導電性が上がり(電気抵抗が小さくなる)、逆に温度が高くなると導電性が下がります。

 

ある種の金属を非常に低い温度にすると、電気抵抗が限りなくゼロになることを超電導現象と言います。

 

ヘイケ・カメルリング・オネス(1853年9月21日-1926年2月21日)オランダの物理学者によって発見されました。

 

超電導の状態では、一度電気を流すと抵抗がゼロですから(オームの法則によって)電流が流れ続けることになります。

 

これはリニアモーターカーに利用されています。
電気を通すか、通さないかは自由電子が影響する。

 

半導体

 

ある条件の時に電気を流したり、流さなかったりする物がありますそれを半導体といいます。

 

たとえばシリコンなどは代表的な半導体ですがシリコン自体は電気を通しにくいのですが、ある種の不純物を加える事で、半導体と言われるものになります。

 

たとえば、一方向には電気を通すが反対には通さないというような物ができる(これをダイオードといいます)

 

半導体はこのような特殊な性質があるために、様々な電子部品として利用されています。この半導体のおかげでパソコンや携帯、テレビなど様々な電子機器、電気製品がうまれてきました。

 

絶縁体

 

絶縁体というのは R(抵抗)が大きい物ということになります。絶縁体にはガラス、ゴム、プラスチックなどほかにもたくさんあります。空気も絶縁体のひとつです。

 

絶縁体が電気を通さないのは、自由電子が少ない物質であること。電子の動きが制限されていて外に飛び出すことができないために電気を流すことができないのです。

 

空気などは通常の状態であれば絶縁体ですが、オームの法則で分かる通り電圧がものすごく大きくなれば、抵抗が大きくても電流が流れることになります。落雷などがこの状態になります。

 

カミナリが落ちる時にゴロゴロという音をだすのは、空気の絶縁を無理に破る時に発生する時の音です。

 

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