电源于本子中的电子运动。绝缘体锁住电荷，金属却让电子自由穿越。简略实验带你看清导体取绝缘体的区别，摸索电的素量。
我想为电子爱好者打造一淘易懂的课程。目的读者是这些厌倦了过于简略的例如，却又不想扎进满是术语和高档数学的学术书里的人。原日，咱们无妨事退后一步，聊聊一个中学里未必能讲透的问题：电到底是什么？为什么有些资料能“传电”，而有些不能？
说到本子的构造，大大都人应当都不陌生：一个由中子和量子构成的焦点，被一群电子困绕，那些电子分层住正在差异的“壳”里。科普文章或室频里常会用 Niels Bohr 正在1918年提出的模型来评释，尽管有点老淘，但曲不雅观好懂。他把电子想象成绕着本子核跑圈的小家伙。可此刻咱们晓得，电子其真不是实的正在绕圈，而是待正在一些奇形怪状的“轨道”上，那些轨道其真是某种波函数的解，跟规范力学里粒子的途径彻底不是一回事。
假如那听起来有点玄乎，别担忧，工作只会更复纯。到了亚本子尺度，咱们对宇宙的了解其真不让人折意。质子力学给了咱们一堆能预测粒子止为的方程，但那些方程跟咱们对宏不雅观世界的曲觉彻底不搭边。咱们不清楚那些方程是某种更深层现真的粗拙近似，还是宇宙自身便是一堆怪数学。越试图用曲觉去评释，反而越跑偏。比如，不少 YouTube 科普室频会说电子正在绕核旋转大概自旋，但真际上，被束缚的电子压根儿没正在“动”，它更像是一种弥漫正在空间里的静电场分布。
不过对电子学来说，轨道的外形倒没这么要害。那正在化学里更重要，能帮咱们预测物量性量或化学反馈。对咱们而言，只需记与一点：每个本子或分子有一定数质的电子，分正在差异的壳里就止。本子核的细节也可以先放一边。简略说，核子靠一种超强但距离极短的力——残余强力——黏正在一起。那种力来自量子和中子的结构，它们又由更神奇的夸克构成。但那些跟电子学没太大干系，咱们只有晓得地球上的本子核大多由恒星核聚变造成，正在电子学的光阳尺度里不乱得很。
更值得关注的是，本子构造还受一种较弱但映响领域广的静电力塑造。那种力只对某些带电粒子起做用。所谓“电荷”，是那些粒子的固有属性：量子永暂带正电，电子永暂带负电，中子则不掺杂。异性相斥、同性相吸，所以本子核里的量子能拉住同样多的电子。那些电子被本子核伸出的静电场“抓住”，于是造成一个不带脏电荷的不乱本子。
质子力学另有个重要发现：形容电子形态的参数是“质子化”的，只能与特定值，大概按牢固间隔跳跃。为什么会那样？没人能彻底讲大皂。咱们只晓得那些质子数对应某种凭空想出的三维波函数的驻波解。那模型简曲管用，比其余真践都靠谱，可它到底意味着什么，没人说得清。总之，电子正在本子里的能质级别是分级的，只能从一级跳到另一级，没法停正在中间，所以才有了从低到高布列的电子壳。
但为什么电子纷比方股脑儿挤进能质最低的内壳呢？那就得提一提泡利不相容本理。电子的形态由几多个参数决议，每个电子得保持“环球无双”，不能参数全雷同。就像每层壳的座位有限，一旦初级别参数组适用完，下一个电子只能往更高一层的壳里挤。
正在大大都状况下，最内层电子诚心得很，能质低，被本子核绑得死死的，受外界映响也小。外层的价电子就差异了，它们能质高、粘性弱。比如化学反馈里，本子便是靠替换或分享那些电子连系起来。以共价键为例，两个本子的局部电子会跳进一个新的、多本子共享的轨道。离子键则更间接，一个本子丢电子，另一个捡走，靠孕育发作的静电场黏正在一起。
即便没化学反馈，价电子也不难被弄出来。各人都体验过摩擦起电——家里偶尔被静电“电”一下便是那么来的。那景象还没彻底搞懂，但咱们晓得，差异资料的分子外形和布列会映响它们对电子的“吸引力”。当两种资料撞正在一起，电子可能随机跑已往一点。假如赶忙离开，有些电子就困正在了不属于它们的处所。那种电荷失衡很微小，比如移动1011个电子就够你被电一下。听起来许多？但一盎司食盐里的电子粗略是那个数的81万亿倍。换句话说，那就像从伊利湖里舀了一桶水。
那就引出了绝缘体：正在那种固体里，价电子能被扯到外表或堆积下来，可一旦到了这儿就滚动不得，没法穿透资料内部。起因但凡是右近分子的壳里没空位，电子想动只能被碰到更高能质形态。
金属就彻底纷比方样了。本子挤成密集的晶格，外层轨道稀稀拉拉，的确连成一片，广泛整个资料，不再有绑定单一本子核时这种分明的能质级。价电子正在那儿能等闲滑来滑去。静电力还是会把大局部电荷锁正在导体里，但除此之外，金属的暗示就像一团自由运动的电子气。
导体的要害特点是静电荷能迅速平衡。想象一下：你从导线一端拽走一个电子，再从另一端塞回去，其余电子即时因为互相牌斥跑开。假如连续那么干，电子就会沿着导线徐徐漂移。那便是电流——电荷的活动。通过静电场，那些电子的挪动能驱动电子元件干活儿。
不过得说清楚，电荷平衡很快，单个电子的漂移却慢得很。电场流传濒临实空光速(每秒30万公里)，但正在铜线里，电子均匀时速也就几多厘米。打个粗拙的比喻，就像喊话：声音早传已往了，可单个空气分子还没飞到劈面。
除了金属里的导电，另有其它模式。比如实空里，热引发能让电子飞一段距离；正在等离子体或强极性溶剂中，挪动的离子也能导电。那些正在现代电路里不常见，以后有机缘再细聊。