原子は、大きく見ればプラスの電気を持つ原子核とマイナスの電気を持つ電子で構成されており、原子核には通常、電子と同じ数の陽子と中性子があると言われている。また、原子には大きく４つの性質があり、それぞれが作用して各種の自然現象を引き起こすのである。
原子が電気に関係する性質は、まさに４つの性質のうちの１つである「電磁気力」である。
原子の電磁気力は、主に最外周を回転する電子の挙動が引き起こす。
原子が電気に関係する性質は、まさに４つの性質のうちの１つである「電磁気力」である。
原子の電磁気力は、主に最外周を回転する電子の挙動が引き起こす。
通常は、原子核に存在する陽子とその周りを周回する電子の数が一致しているため、プラスとマイナスが打ち消し合い、電磁気力が発生することはない。ところが、何らかの要因で熱エネルギーや外部から圧力など加わったりすると、最外周を回転する電子は、そのエネルギーの影響を受けて、原子核の元を離れてしまう。
これはシリコンに限らず起きる現象で、電子が１つ足りなくなるので、プラスの電気を帯びる電磁気力が発生する。
原子核の元を離れた電子は原子核の束縛を離れて、自由の身になったというその態様から、特に「自由電子」と呼ばれる。
自由電子は、静電気を引き起こし、また金属に電流が流れるときの主役でもある。自由電子はマイナスの電気を持つ。
つまり、人間は「自由電子の移動」を「電気が流れる」「電流が流れる」
と言っているのである。
最外周の電子が常に自由電子になる理由は、外周ほど電子を引き寄せる力が弱く、周囲の環境の影響を受け易い為だと考えられている。
ところで、自由電子が引き起こす静電気の極性であるが、これは物質同士の相対的な関係で決まる。
例えば、布切れで琥珀を擦ると、布切れがプラス、琥珀がマイナスに帯電する。
布切れでプラスチックを擦っても、布切れがプラス、プラスチックがマイナスに帯電する。
いずれにしても摩擦などで生じた熱エネルギーで自由電子の移動が起きるためである。
これは、布切れが自由電子を放出する力がより強い物質であって、琥珀やプラスチックが布切れよりも自由電子を放出する力は相対的に弱いためである。
自由電子の放出 ＞＞ 自由電子の移動 という状況だと、その物質全体としては、プラスに帯電する。逆に、
自由電子の放出 ＜＜ 自由電子の移動 という状況だと、その物質全体としては、電子が過剰になるためにマイナスに帯電することになる。