静电是自然界的常见现象，如摩擦起电、雷电现象，化合物中许多是靠静电的电价化合把分子紧紧结合在一起的。所以研究许多自然现象，都与静电分不开的。
一、导体的尖端放电现象
下面我们做一个导体的尖端放电实验，实验工具有维姆胡斯起电机一台，内部中空的尖形导体、电棒一个、蜡烛。（图一）
实验方法：摇动起电机，使其带电。用带有绝缘棒的小球，从起电机电杆上得到负电荷，把电棒小球与尖形导体内腔接触，使负电荷源源不断送入尖形导体。我们会看到尖形导体前面燃烧的蜡烛火焰被从导体尖端吹来的“风”吹向另一方，这就是导体的尖端放电现象。
尖端放电是由于电子被送到导体内壁，由于电子的相互排斥作用，所以电子从内腔被排斥到外壁，最后被在导体尖端聚集起来，无路可排斥，这时如果聚集电子足够多时，电子从尖端流出时，而形成尖端放电，蜡烛的火焰被“吹”动。过去认为导电尖端的电荷电离了空气，然后负电与负电相排斥，“吹”动了蜡烛的火焰。这种说法不符。因为电离后的正电荷与负电荷互相吸引，这两种力互相抵消了。所以这种说法不成立。
静电与我们密不可分，同时给人和设备带来不必要的损失，一些电子仪器及高压电器都有防静电设施，把电荷接地，或者屏蔽静电。
为了避免雷击，在高大的建筑物上都安装了避雷针，这种尖端向上的金属杆尖端指向天空。这种避雷针往往起不到避雷作用。从尖端放电的原理分析，实际电流是负电荷的运动，负电荷是从导体尖端流出，而不是流入，所以避雷针要想起到避雷的作用。必须把避雷针做成锅形的，开口朝上，负电荷从的内腔流入导体，达到避雷的作用。
据报道，南方有个村子，坐落在四面环山的山坳里，但是经常遭到雷击，使当地村民的生命财产遭到极大损失，并引起极大恐慌。
这个村庄屡遭雷击的原因是雷电射向低洼的地方流入大地，而不是山顶，如同尖形导体静电实验。只有把屋顶做成铁皮的房顶才能屏蔽雷电。
二、尖端导体的单向导电作用
根据尖端放电的原理，及矿石收音机,用硒矿石检波的原理，用一个很细，很尖的铜丝接触硒矿石,找到一点,对天线信号进行检波,收到电台的节目。下面进行实验。
实验工具：香烟盒中的铝箔一片，鳄鱼夹一个，毫安表一台，细针一枚，学生用电源一个、导线。（图二）
实验方法：用导线连接电源，一根导线接电源正极，导线一端接鳄鱼夹；另一根导线接电源负极，一端导线接一枚金属针。把鳄鱼夹夹住铝箔，使铝箔和电源正极联接。然后把带纸一面上滴一滴盐水，这时，用带金属针的导线轻轻地接触铝箔点盐水处，记录下电表读数。然后把接在电源两条导线对调，原来接正极的导线改接电源负极，原来接负极的导线改接电源正极。用金属针连接铝箔沾有盐水的铝箔的纸面，记下电流读数。比较两次电流读数，发现金属针连接电源负极，铝箔接电源正极的电流是接相反电源极性的电流的两倍多。如果把金属针的针尖小到微米级，纳米级时电流就可能达到单向导电了。
尖形导体单向导电原理，可用静电中的尖形带电体尖端放电的原理解释。当电子在尖端集合时，由于电子相互排斥的作用，电子从尖端流出；相反当金属针连接正极时，铝箔接负极，电子由于互相排斥的作用，电子不能从尖端流入导体，所以尖形导体能起到单向导电的作用。
三、导体单向原理制成整流元件。
如果把尖形导体的电极做得很尖，达到纳米级，然后植入单晶硅中，然后在硅片（电介质）两端面蒸发扩散上金属铝，再焊上电极，就可制成整流元件。
导体整流元件在理论上不但可用在小功率整流元
件，也可用在大功率整流。大功率整流把介质做得厚
些，截面做得大些，尖形金属做得粗些。（图三）
这种整流元件如果能够实现，也可做成放大元件。仿照电子管的原理制成放大元件。放大元件有阴极、阳极、栅极（图四）。
关于半导体的单向导电的理论，在半导体理论讲得很详细，所谓半导体是指化学元素周期表四价元素硅、锗（原子最外层有四个价电子）,掺入三价元素硼做成P型半导体;掺入五价元素磷做成N型半导体,利用半导体PN结多数载流子扩散原理进行单向导电。
从物质导电分析：金属导电、石墨导电、金刚石导电、汞导电，磷导电，共同特点是分子是单质、晶体……，所以硅和锗元素都是导体；是不良导体。
对于晶体管的单向导电与电流放大原理,与电子管只是材料和工艺不同之外,
在原理上不会有太大的区别。P型半导体、N型半导体的离子的蒸发和扩散是否与尖端放电的原理有相似之处还有待研究。
目前对半导体微观理论只是一个理论模型还不能观察，这些理论是过渡性的，并不是客观事实，物理与化学是两个独立学科，建立统一科学还是遥远的未来。物理学必须建立独立的理论，这对于客观认识物理规律，改进工艺，寻找新材料具有很大作用。
作者：王绍堂于2005-3-17E-mail:7803008@163.com(20130805) |
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