電的產生方法，而不是火電、核電等發電的方法。原理性的方法有很多種，例如電化學法、摩擦、電磁感應、壓力、加熱、光電等。
基本介紹
- 中文名：電
- 外文名：electricity
這裡談的是電的產生方法，而不是火電、核電等發電的方法。原理性的方法有很多種，例如電化學法、摩擦、電磁感應、壓力、加熱、光電等。以下是一些主要的電產生方法。
電化學是研究電和化學反應相互關係的科學。電和化學反應相互作用可通過電池來完成。圖所示的是化學電池的原理圖。
化學原電池
化學原電池原電池是利用兩個電極之間金屬化學活性的不同，產生電勢差，從而使電子流動，產生電流。它又稱非蓄電池，是化學電池的一種，其電化反應不能逆轉，即只能將化學能轉換為電能，不能重新儲存電能（與蓄電池相對）。原電池是將化學能轉變成電能的裝置。所以，根據定義，普通的乾電池、燃料電池都可以稱為原電池。
組成化學原電池的基本條件：
（1）將兩種活潑性不同的金屬（即一種是活潑金屬，另一種是不活潑金屬），或一種金屬與石墨等惰性電極插入電解質溶液中。
（2）用導線連線後插入電解質溶液中，形成閉合迴路。
（3）要發生自發的氧化還原反應。
原電池是將一個能自發進行的氧化-還原反應的氧化反應和還原反應分別在原電池的負極和正極上發生，從而在外電路中產生電流。
所謂靜電，就是一種處於靜止狀態的電荷或者說不流動的電荷（流動的電荷就形成了電流）。當電荷聚集在某個物體上或表面時就形成了靜電，而電荷分為正電荷和負電荷兩種。也就是說靜電現象也可以分為兩種：即正靜電和負靜電。當正電荷聚集在某個物體上時就形成了正靜電，當負電荷聚集在某個物體上時就形成了負靜電。但無論是正靜電還是負靜電，當帶靜電物體接觸零電位物體（接地物體）或與其有電位差的物體時都會發生電荷轉移，就是我們日常見到的火花放電現象。例如北方冬天天氣乾燥，人體容易帶上靜電，當接觸他人或金屬導電體時就會出現放電現象。人會有觸電的針刺感，夜間能看到火花，這是衣物的纖維與人體摩擦帶上靜電的原因。橡膠棒與毛皮摩擦，橡膠棒帶負電，毛皮帶正電。
靜電的產生
靜電的產生物質都是由分子或原子構成的，分子也是由原子構成的。而原子由帶負電荷的電子和帶正電荷的質子構成。在正常狀況下，一個原子的質子數與電子數相同，正負平衡，所以對外表現出不帶電的現象。但是電子環繞於原子核周圍，一經外力即脫離軌道，離開原來的原子A而侵入其他的原子B，A原子因減少電子數而帶有正電，稱為陽離子；B原子因增加電子數而呈帶負電，稱為陰離子。造成不平衡電子分布的原因是電子受外力而脫離軌道，這個外力包含各種能量（如動能、位能、熱能、化學能等）。在日常生活中，任何兩個不同材質的物體接觸後再分離，即可產生靜電。當兩個不同的物體相互接觸時就會使得一個物體失去一些電荷。電子轉移出去的物體帶正電，而另一個物體得到一些剩餘電子而帶負電。若在分離的過程中電荷難以中和，電荷就會積累使物體帶上靜電。所以物體與其他物體接觸後分離就會帶上靜電。
實質上摩擦起電是一種接觸又分離的造成正負電荷不平衡的過程。摩擦是一個不斷接觸與分離的過程，因此摩擦起電實質上是接觸分離起電。在日常生活中，各類物體都可能由於移動或摩擦而產生靜電。
另一種常見的起電是感應起電。當帶電物體接近不帶電物體時會在不帶電的導體的兩端分別感應出負電和正電。但是這種感應和下面要介紹的磁感應是不同的感應。
磁感應
閉合電路的一部分導體在磁場裡作切割磁力線的運動時，導體中就會產生電流，這種現象叫電磁感應，產生的電流稱為感應電流。電壓的極性由楞次定律給出。楞次定律指出：感應電流的磁場要阻礙原磁通的變化。對於感生電壓也可用右手定則判斷感應電流的方向，進而判斷感應電壓的極性。
由法拉第電磁感應定律，因電路及磁場的相對運動所造成的電壓，是磁感應發電機的基本原理。當永久性磁鐵相對於一導電體運動時（反之亦然），就會產生電壓。如果電線這時連著電負載的話，電流就會流動，把機械運動的能量轉變成電能。
磁感應發電機
磁感應發電機有些晶體（例如石英或羅謝爾鹽）或陶瓷（例如鈦酸鋇，一種鐵電材料）在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷 。
壓電效應
壓電效應當外力去掉後，它又會恢復到不帶電的狀態，這種現象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。
當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介質也會發生變形，電場去掉後，電介質的變形隨之消失，這種現象稱為逆壓電效應。
所謂的熱電效應，是在兩種不同金屬的接觸面上，加熱後產生的電子分離現象。如圖 所示的銅和鋅，在接觸面被加熱後，電子傾向於向鋅一側移動，從而產生了電壓。當熱源去掉後，電壓也會隨之消失。這是熱電偶的基本原理，熱電偶是工業上測量溫度的基本感測器之一，可以用於測量比較高的溫度。
熱電效應在高於某特定頻率的電磁波照射下，某些物質內部的電子會被光子激發出來而形成電流，即光電效應 。
光電效應
光電效應光照射到金屬上，引起物質的電性質發生變化。這類光變致電的現象被人們統稱為光電效應（photoelectric effect）。光電效應分為光電子發射、光電導效應和阻擋層光電效應，又稱光生伏特效應。前一種現象發生在物體表面，又稱外光電效應。後兩種現象發生在物體內部，稱為內光電效應。
按照光的粒子說，光是由一份一份不連續的光子組成的，當某一光子照射到對光靈敏的金屬（如硒）上時，它的能量可以被該金屬中的某個電子全部吸收。電子吸收光子的能量後，動能立刻增加；如果動能增大到足以克服原子核對它的引力，就能飛逸出金屬表面，成為光電子，形成光電流。單位時間內，入射光子的數量愈多，飛逸出的光電子就愈多，光電流也就愈強。
赫茲於1887年發現光電效應，愛因斯坦第一個成功地解釋了光電效應。光波長小於某一臨界值時方能發射電子，即極限波長，對應的光的頻率叫做極限頻率。臨界值取決於金屬材料，而發射電子的能量取決於光的波長，與光強度無關。
熱電子發射又稱愛迪生效應，是愛迪生1883年發現的。
利用熱電子發射原理製成的二極體
利用熱電子發射原理製成的二極體熱電子發射是通過加熱金屬使其中的大量電子克服表面勢壘而逸出的現象。與氣體分子相似，金屬內自由電子作無規則的熱運動，其速率有一定的分布。在金屬表面存在著阻礙電子逃脫出去的作用力，電子逸出需克服阻力做功，稱為逸出功。在室溫下，只有極少量電子的動能超過逸出功，從金屬表面逸出的電子微乎其微。一般當金屬溫度上升到1000℃以上時，動能超過逸出功的電子數目開始增多，大量電子由金屬中逸出，這就是熱電子發射。若無外電場，逸出的熱電子在金屬表面附近堆積，成為空間電荷，它將阻止熱電子繼續發射。通常以發射熱電子的金屬絲為陰極，另一金屬板為陽極，其間加電壓，使熱電子在電場作用下從陰極到達陽極。這樣不斷發射，不斷流動，形成電流。隨著電壓的升高，單位時間從陰極發射的電子全部到達陽極，於是電流飽和。許多電真空器件的陰極是靠熱電子發射工作的，由於熱電子發射取決於材料的逸出功及其溫度，應選用熔點高而逸出功低的材料來作陰極。
