说起电流,应该从电荷说起,而说起电荷,应该从原子说起。
1 原子及其结构
常见的物质是由分子构成的,而分子又是由原子构成的,有的分子是由多个原子构成,有的分子只由一个原子构成。而原子的构成如图1所示。
图1 原子的构成图
根据图1所示,有:
- 原子由原子核与核外电子构成;
- 原子核由质子与中子构成,根据化学中的知识,质子是带正电的,呈现“+”性,中子不带电,呈现中性,所以原子核的整体呈现“+”性;
- 核外电子是带负电的,呈现“-”性;
- 质子因呈现正电性,所以质子数也称为正电荷数;
- 核外电子呈现负电性,所以核外电子也称为负电荷数。
在通常情况下,原子的原子核的数目与核外电子的数目是相等的,所以,原子整体是不显电性的,物体对外也不显电性。
以氢(H)原子为例,利用化学结构的方式作图如图2所示。
图2 氢原子的化学结构
根据图2可知,氢原子具有1个原子核和1个核外电子,从图中还可以看到一个重要的点,原子核将核外电子束缚在自身周边,致使核外电子无法逃离。 而每种物质的原子核束缚电子的能力是不同的,所以在某种特定情况下,物质的电子会脱离原子核的束缚,逃离到其它物体上去(比如初中物理提到的摩擦起电的试验)。
以摩擦起电试验为例,A与B两种物质,经过某种特定作用后,假设A的核外电子因脱离了A物质原子核的束缚跑到了B物质上面。此时,A因为少了核外电子,原子核(正电)的数量>核外电子(负电)的数量,则A物质整体呈现正电性。而B物质因为得到了A的核外电子,此时,原子核(正电)的数量<核外电子(负电)的数量,则B物质整体呈现负电性。
2 电流形成
这里从金属说起,金属中的正负电子是杂乱无章的做热运动,,当接上一个电源后,会有一个“推动力”让自由电荷(电子)做“定向”运动,此时就产生了电流。
在19世纪初,刚开始研究电流时,并不知道究竟是哪种电荷在移动,当时就把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向(也就是自由电子定向移动的反方向) 。
到后来,经过证明,正电荷是不移动的,只有自由电子(负电荷)移动。