說起來電從哪裡來，很多人都會說從發電廠來啊，從發電機來啊等等，那你就太俗套了。

如果詳細追尋電的來源，那麼我們首先得來說一說電子，不要誤會，不是你小時候裝到電子手錶裡的那個紐扣電池，雖然那時間也將這種紐扣電池叫做電子。

說起電，你要先知道電子

書歸正傳，電子，最早發現的基本粒子。帶負電，電量為1.602176634×10-19庫侖，是電量的最小單元。質量為9.10956×10-31kg。 常用符號e表示。1897年由英國物理學家約瑟夫·約翰·湯姆生在研究陰極射線時發現。一切原子都由一個帶正電的原子核和圍繞它運動的若干電子組成。電荷的定向運動形成電流，如金屬導線中的電流。利用電場和磁場，能按照需要控制電子的運動(在固體、真空中)，從而製造出各種電子儀器和元件，如各種電子管、電子顯微鏡等。電子的波動性於1927年由晶體衍射實驗得到證實。

電子（electron）是帶負電的亞原子粒子。它可以是自由的(不屬於任何原子)，也可以被原子核束縛。原子中的電子在各種各樣的半徑和描述能量級別的球形殼裡存在。球形殼越大，包含在電子裡的能量越高。

在電體中，電流由電子在原子間的獨立運動產生，並通常從電極的陰極到陽極。在半導體材料中，電流也是由運動的電子產生的。但有時候，將電流想象成從原子到原子的缺電子運動更具有說明性。半導體裡的缺電子的原子被稱為空穴（hole）。通常，空穴從電極的正極"移動"到負極。

電子屬於亞原子粒子中的輕子類。輕子被認為是構成物質的基本粒子之一。它帶有1/2自旋，即又是一種費米子（按照費米—狄拉克統計）。電子所帶電荷為e=1.6×10-19C（庫侖），質量為9.11×10-31kg（0.51MeV/c2），能量為5.11×103eV，通常被表示為e⁻。電子的反粒子是正電子，它帶有與電子相同的質量，能量，自旋和等量的正電荷（正電子的電荷為+1，負電子的電荷為-1）。

下面我們開始講的再深奧一些：

物質的基本構成單位——原子是由電子、中子和質子三者共同組成。中子不帶電，質子帶正電，原子對外不顯電性。相對於中子和質子組成的原子核，電子的質量極小。質子的質量大約是電子的1840倍，當電子脫離原子核束縛在其它原子中自由移動時，其產生的淨流動現象稱為電流。

但是，電子並非基本粒子，100多年前，當美國物理學家Robert Millikan首次通過實驗測出電子所帶的電荷為1.602×10-19C後，這一電荷值便被廣泛看作為電荷基本單元。然而如果按照經典理論，將電子看作“整體”或者“基本”粒子，將使我們對電子在某些物理情境下的行為感到極端困惑，比如當電子被置入強磁場後出現的非整量子霍爾效應。

基本粒子

電子被歸在亞原子粒子中的輕子類。輕子是物質被劃分的作為基本粒子的一類。電子帶有二分之一自旋，滿足費米子的條件（按照費米-狄拉克統計）。電子所帶電荷約為-1.6×10-19庫侖，質量為9.10956×10-31kg（0.51MeV/c2）。通常被表示為e⁻。與電子電性相反的粒子被稱為正電子，它帶有與電子相同的質量，自旋和等量的正電荷。電子在原子內做繞核運動，能量越大距核運動的軌跡越遠，有電子運動的空間叫電子層，第一層最多可有2個電子。第二層最多可以有8個，第n層最多可容納2n2個電子，最外層最多容納8個電子。最後一層的電子數量決定物質的化學性質是否活潑，1、2、3電子為金屬元素，4、5、6、7為非金屬元素，8為稀有氣體元素。

然後我們來說說怎麼得到電

物質的電子可以失去也可以得到，物質具有得電子的性質叫做氧化性，該物質為氧化劑；物質具有失電子的性質叫做還原性，該物質為還原劑。物質氧化性或還原性的強弱由得失電子難易決定，與得失電子多少無關。

由電子與中子、質子所組成的原子，是物質的基本單位。相對於中子和質子所組成的原子核，電子的質量顯得極小。質子的質量大約是電子質量的1842倍。當原子的電子數與質子數不等時，原子會帶電，稱這原子為離子。當原子得到額外的電子時，它帶有負電，叫陰離子，失去電子時，它帶有正電，叫陽離子。若物體帶有的電子多於或少於原子核的電量，導致正負電量不平衡時，稱該物體帶靜電。當正負電量平衡時，稱物體的電性為電中性。靜電在日常生活中有很多用途，例如，靜電油漆系統能夠將瓷漆（英語：enamel paint）或聚氨酯漆，均勻地噴灑於物品表面。

電子與質子之間的吸引性庫侖力，使得電子被束縛於原子，稱此電子為束縛電子。兩個以上的原子，會交換或分享它們的束縛電子，這是化學鍵的主要成因。當電子脫離原子核的束縛，能夠自由移動時，則改稱此電子為自由電子。許多自由電子一起移動所產生的淨流動現象稱為電流。在許多物理現象裡，像電傳導、磁性或熱傳導，電子都扮演了要重要的角色。移動的電子會產生磁場，也會被外磁場偏轉。呈加速度運動的電子會發射電磁輻射。

電荷的最終攜帶者是組成原子的微小電子。在運動的原子中，每個繞原子核運動的電子都帶有一個單位的負電荷，而原子核裡面的質子帶有一個單位的正電荷。正常情況下，在物質中電子和質子的數目是相等的，它們攜帶的電荷相平衡，物質呈中性。物質在經過摩擦後，要麼會失去電子，留下更多的正電荷（質子比電子多）。要麼增加電子，獲得更多的負電荷（電子比質子多）。

這個過程稱為摩擦生電。

那麼我們日常用的電怎麼來的呢？

富蘭克林導電試驗

其實，時至今日，我們能用上電這麼個神奇的東西，我們得感謝二傻子富蘭克林，要不是他不要命的放起來風箏，或許我們現在還在點煤油燈呢。

現在發電技術分了幾種，

1、發電機

不管是煤電、水電、核電，本質上都是通過流體帶動發電機工作產生電流，發電機由水輪機、汽輪機、柴油機或其他動力機械驅動，將水流，氣流，燃料燃燒或原子核裂變產生的能量轉化為機械能傳給發電機，再由發電機轉換為電能。發電機的形式很多，但其工作原理都基於電磁感應定律和電磁力定律。因此，其構造的一般原則是：用適當的導磁和導電材料構成互相進行電磁感應的磁路和電路，以產生電磁功率，達到能量轉換的目的。

說到電磁感應定律和電磁力定律，就不得不說電磁感應。那麼什麼是電磁效應？

公元1600年，英國醫生吉爾伯特(1544～1603)做了多年的實驗，發現了“電力”，“電吸引”等許多現象，並最先使用了“電力”、“電吸引”等專用術語，因此許多人稱他是電學研究之父。在吉爾伯特之後的200年中，又有很多人做過多次試驗，不斷地積累對電的現象的認識。1734年法國人杜伐發現了同號電相互排斥、異號電相互吸引的現象。1745，普魯士(德國的前身)的一位副主教克萊斯特在實驗中發現了放電現象。

18世紀中葉，在大洋彼岸的美國，大電學家富蘭克林又做了多次實驗，進一步揭示了電的性質，並提出了電流這一術語。他認為電是一種沒有重量的流體，存在於所有的物體之中。如果一個物體得到了比它正常的份量更多的電，它就被稱之為帶正電(或“陽電”);如果一個物體少於它正常份量的電，它就被稱之為帶負電(或“陰電”)。所謂放電就是正電流向負電的過程。富蘭克林的這一說法，在當時確實能夠比較圓滿地解釋一些電的現象，但對於電的本質的認識與我們現在的“兩個物體互相磨擦時，容易移動的恰恰是帶負電的電子”的看法卻是相反。

富蘭克林

在早期，許多科學家一致認為電和磁不存在任何聯繫。而到了1820年，丹麥科學家奧斯特發現了電流的磁效應，即電能生磁。如果一條直的金屬導線通過電流，它的周圍空間就會產生相應的圓形磁場，而且導線中的電流越強，產生的磁場就越強。這種現象就是電磁效應。電磁效應揭示了磁與電之間存在著聯繫，把電學和磁學聯繫了起來。人們根據電磁效應發現了一系列重要的電磁規律，併發明瞭電磁鐵，將其應用於生活之中。現在，電磁效應在電工、電子技術、電氣化、自動化等方面應用廣泛，對推動社會生產力和科學技術的發展發揮了重要的作用。

奧斯特，丹麥物理學家

大家都知道了電磁效應，那麼又是如何發電的呢？

奧斯特發現電流磁效應後，有許多物理學家便試圖尋找它的逆效應，提出了磁能否產生電，磁能否對電作用的問題。1831年，一位叫邁克爾.法拉第的科學家發現了磁與電之間的相互聯繫和轉化關係。只要穿過閉合電路的磁通量發生變化，閉合電路中就會產生感應電流。這種利用磁場產生電流的現象稱為電磁感應（Electromagnetic induction），產生的電流叫做感應電流。

自學成才的邁克爾 . 法拉第

那麼發電機是如何發電的呢？

發電機是根據電磁感應原理製成，將機械能轉變為電能的電機，最早產生於第二次工業革命時期，由德國工程師西門子（對，你沒聽錯，就是你現在聽起來很牛逼的那個西門子公司的西門子）於1866年製成。它分為交流發電機和直流發電機兩大類，二者除換向器外，裝置基本相似。以交流發電機為例，其工作原理是，當交流發電機的軸轉動時，安裝在軸上的線圈也在磁場中旋轉，使得線圈的一邊向上運動，而另一邊向下運動，這種運動使線圈產生了感應電流。當線圈轉過半周後，線圈的左右兩條邊在磁場中的方向發生改變，其產生的電流方向也就發生改變。交流電就這樣被髮出來了。

西門子

一直到現在為止，不管是煤電、水電、核電，本質上都是通過流體帶動發電機工作產生電流，發電機由水輪機、汽輪機、柴油機或其他動力機械驅動，將水流，氣流，燃料燃燒或原子核裂變產生的能量轉化為機械能傳給發電機，再由發電機轉換為電能。發電機的形式很多，但其工作原理都基於電磁感應定律和電磁力定律。所以有人說人類獲取能源的方式就是變著樣的燒開水的過程。

最先進的發電方式：核聚變反應堆

解惑：電子也在繞圈圈

上面說過，電流本質是電子的位移，電子也是一種物質，一定的空間裡邊，物質遵從守恆定律，物質無法消失也無法再生，只會從另外一款物質轉換成另外一種。電子也是一種物質，在沒有發生化學反應的過程中，它並不會轉換成另外一種物質，所以它會守恆。發電機工作時候切割磁力線，只是讓磁場轉換成電場，驅動電子從金屬一端經過特殊的迴路（這個迴路就是到我們各家的複雜電路啦）跑到另外一端而已，電子並沒有消失，當磁場消失以後，電子停止了運動，並不會增加或者減少。

有人會說，燈泡在發光啊，根據能量守恆定律，電轉換成了光，電子應該有損失吧？

燈泡是根據電流的熱效應原理製成的。燈泡接上額定的電壓後，電流通過燈絲而被加熱到白熾狀態(2000C以上)，因而發熱發光.從而在工作時，將電能轉化為內能和光能。

而光是能量的一種形式是由原子釋放出來的。它是由許多微小類似粒子的小團組成的，這些類似粒子的東西有能量和動量但沒有質量。這些粒子叫做可見光子，是光的最基本單位。當電子受到激發的時候原子就會釋放出可見光子。如果你已經知道原子是如何工作的話，那你也就知道電子是圍著原子核走來走去的負極電荷粒子。原子的電子有著不同等級的能量，主要取決幾個因素，包括它們的速度和離原子核的距離。電子不同的能量等級佔有不同的軌函數和軌道。

通常來說，有著大能量的電子就會離原子核更遠當原子得到或失去能量的時候，是以電子移動表示變化。當有某些東西將能量傳到原子的時候---以熱量為例子-電子可以暫時被推進到一個更高的軌道(遠離原子核)。電子只是在這一軌道位置停留極短時間:幾乎馬上就被退回到原子核，到達它的原始軌道上。這時電子就以光子的形式放出額外的能量。發光的波長取決於有多少能量被釋放出來，這也就取決於電子所在的軌道位置。因此，不同類的原子就會釋放出不同類的可見光子。換句話說就是光的顏色是由受激發的原子種類決定。

燈泡的結構非常簡單。在它的底部有兩個金屬接觸點，是用來連接電的。金屬接觸點有兩條接觸到一個薄金屬燈絲的線。燈絲坐落在燈泡的中央，由一個玻璃支撐住的。線和燈絲都包在充滿惰性氣體的玻璃燈泡的裡面，通常都是氬惰性氣體當燈泡連上電源的時候，電流就會從其中一個接觸點流到另一個接觸點然後再流到線和燈絲。實心導體線電流中的大量自由電子從負極帶電區移動到正極帶電區。在振動原子的跳躍電子可能暫時被推到一個更高的能量位置。當它們落回原始正常位置時候，電子就會以光子形式釋放出額外能量。金屬原子釋放大部分的紅外線可見光子，人們的眼睛是可以看見的。但如果它們被加熱到大約4000華氏溫度的時候燈泡就會發出大量的可見光。幾乎在所有的白熾燈泡都用到鎢，因為它是最理想的燈絲材料。金屬必須要加熱到極高的溫度才會發出有用可見光。實際上大多數金屬在達到這個溫度之前都會熔化了，而鎢絲卻有著不尋常的高熔化溫度。但鎢絲在這麼高的溫度時會起火，如果在條件允許下，兩種化學物之間就會產生反應而引起燃燒，燈泡裡的燈絲是由一個密封，無氧空間覆蓋來防止燃燒。把燈泡裡的空氣都吸出來創造一個接近真空的狀態--就是說裡面沒有任何物質。由於幾乎沒有任何氣體特物質在裡面，所以物質就不會燃燒。

也就是說，是的，電流通過介質併發光會造成能量損失，但是這個能量損失並非是電流中電子的能量損失，而是激發受體也就是介質所產生的能量損失。

2、化學電池

化學電池都與氧化還原反應有關。在18世紀末，人們把與氧化合的反應叫氧化反應，而把從氧化物中奪取氧的反應叫還原反應。到19世紀中葉，有了化合價的概念，人們把化合價升高的過程叫氧化，把化合價降低的過程叫還原。20世紀初建立了化合價的電子理論，人們把失電子的過程叫氧化，得電子的過程叫還原。以乾電池為例，由於電池內由於發生化學變化,碳棒上聚集了許多正電荷,鋅筒表面上聚集了許多負電荷。碳棒和鋅筒叫做乾電池的電極, 聚集正電荷的碳棒叫正極, 聚集負電荷的鋅筒叫負極。乾電池外殼上符號+、-分別表示電池的正極和負極。當正負極電路聯通時，電路里的自由電荷所以能發生定向移動形成電流, 是因為電源的正極有多餘的正電荷,電源的負極有多餘的負電荷,從而在電路上產生了電壓。電源的作用跟抽水機相似, 它不斷使正電荷聚集在正極上, 負電荷聚集在負極上,保持兩極間有一定的電壓,使連接導體中不斷有電流通過。

乾電池

3、太陽能電池

太陽能電池是利用半導體材料的光電效應,將太陽能轉換成電能的裝置.光生伏特效應：假設光線照射在太陽能電池上並且光在界面層被接納，具有足夠能量的光子可以在P型硅和N型硅中將電子從共價鍵中激起，致使發作電子－空穴對。界面層臨近的電子和空穴在複合之前，將經由空間電荷的電場結果被相互分別。電子向帶正電的N區和空穴向帶負電的P區運動。經由界面層的電荷分別，將在P區和N區之間發作一個向外的可測試的電壓。此時可在硅片的兩邊加上電極並接入電壓表。對晶體硅太陽能電池來說，開路電壓的典型數值為0.5～0.6V。經由光照在界面層發作的電子－空穴對越多，電流越大。界面層接納的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽能電池中組成的電流也越大。

光電效應是物理學中一個重要而神奇的現象。在高於某特定頻率的電磁波（該頻率稱為極限頻率threshold frequency）照射下，某些物質內部的電子吸收能量彈出物質而形成電流，即光生電。光電現象由德國物理學家赫茲於1887年發現，而正確的解釋為愛因斯坦所提出。科學家們在研究光電效應的過程中，物理學者對光子的量子性質有了更加深入的瞭解，這對波粒二象性概念的提出有重大影響。

一、太陽能發電方式太陽能發電有兩種方式，一種是光—熱—電轉換方式，另一種是光—電直接轉換方式。

（1） 光—熱——動—電轉換方式：通過利用太陽輻射產生的熱能發電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發電。前一個過程是光—熱轉換過程；後一個過程是熱—動再轉換成電最終轉換過程，與普通的火力發電一樣.太陽能熱發電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍。

（2） 光—電直接轉換方式該方式：利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光—電轉換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由於光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產生電流。當許多個電池串聯或並聯起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發電相比，太陽能電池不會引起環境汙染。

太陽能電池

不管採用的是那種發電方式，都是通過特殊的力學效應，將電子從原有軌道逼出，使其按照人類所劃定的軌道運行，進而形成電流。

閱讀更多 焦慮老爸 的文章

關鍵字: 體育 紐扣 物理