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电荷有何特征

文章作者:数理科学 上传时间:2019-10-29

电荷electric charge ,带正负电的基本粒子,称为电荷,带正电的粒子叫正电荷,带负电的粒子叫负电荷。也是某些基本粒子的属性,它使基本粒子互相吸引或排斥。

静电场

物体所带电荷数量的多少,叫做电荷量(electric quantity),简称电量。电量的单位是库仑,用字母 C 表示。

两种电荷相互完全抵消叫做中和。为了区别两种电荷,我们把其中一种(用绸子摩擦过的玻璃棒所带的电荷)叫做正电荷,另一种(用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷)叫做负电荷

例如,在大量金属原子组成的金属中,原子中离原子核最远的外层电子可以摆脱原子的束缚,在整个导体中自由运动,这类电子叫做自由电子(free electron)。原子中其余部分叫原子实(atomic kernel)。在固态金属中,原子实排列成整齐的点阵,称为晶格晶体点阵。自由电子在晶体点阵间跑来跑去,像气体的分子那样作无规运动,并不时地彼此碰撞或与点阵上的原子实碰撞。凡是内部存在着可以自由移动的电荷的物体叫做导体(conductor),其中可以自由移动的电荷叫做自由电荷(free charge)。金属导体中的自由电荷就是自由电子。

当一个带电体靠近导体时,由于电荷间相吸或相斥的作用,导体中的自由电荷便会产生趋向或远离带电体的运动,使导体靠近带电体的一端带异种电荷,远处的一端带同种电荷。这种现象叫静电感应(electrostatic induction)。利用静电感应使金属导体带电叫做感应起电(electrification by induction),所带电荷叫做感应电荷(induced charge)。

与导体不同,在一些物体中绝大部分电荷都只能在一个原子或分子的范围内作微小的位移。这种电荷叫做束缚电荷(bound charge)。这些物体叫绝缘体(insulator)。由于绝缘体中自由电子很少,它们的导电性能很差,也就不会发生感应起电,而只能靠摩擦起电的方式带电。

半导体(semiconductor)是指一种导电性可受控制,范围可从绝缘体至导体之间的材料。在半导体中导电的粒子叫做载流子,除带负电的电子外,还有带正电的”空穴“(原子核外由于电子缺失形成的)。当其中多数载流子是电子时,称为N型半导体;当多数载流子是”空穴“时,称为P型半导体。

大量事实表明,电荷既不能被创造,也不能被消灭,它们只能从一个物体转移到另一个物体,或物体的一部分转移到另一部分,也就是说,在任何物理过程中,电荷的代数和是守恒的,这叫做电荷守恒定律(law of conservation of electric charge)。

物质的点结构表明,电荷的量值是离散的。电荷的量值有个基本单元,即一个质子或一个电子所带电量的绝对值 e。它的量值为

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电子的比荷

所谓点电荷(point charge),是指这样的带电体,它本身的几何线度比起它到其他带电体的距离小得多。点电荷的概念类似于力学中的质点,是一种理想化的物理模型。

库仑力的大小可表示为

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静电力常量

在真空中,两个静止的点电荷 q1 和 q2 之间的相互作用力的大小和 q1 和 q2 的乘积成正比,和它们之间的距离 r 的平方成反比;作用力的方向沿着它们的联线,同号电荷相斥,异号电荷相吸。这一规律成为库仑定律(Coulomb law),电荷间的这种作用力称为静电力(electrostatic)或库仑力

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电力叠加原理

凡是有电荷的地方,四周就存在着电场,即任何电荷都在自己周围空间激发电场;而电场的基本性质是,它对于处在其中的任何其他电荷都有作用力,并称作电场力

概述

在电磁学里,电荷diànhè(Electric charge)是物质的一种物理性质。称带有电荷的物质为“带电物质”。两个带电物质之间会互相施加作用力于对方,也会感受到对方施加的作用力,所涉及的作用力遵守库仑定律。电荷分为两种,“正电荷”与“负电荷”。带有正电荷的物质称为“带正电”;带有负电荷的物质称为“带负电”。假若两个物质都带有正电或都带有负电,则称这两个物质“同电性”,否则称这两个物质“异电性”。两个同电性物质会相互感受到对方施加的排斥力;两个异电性物质会相互感受到对方施加的吸引力。

电荷是许多次原子粒子所拥有的一种基本守恒性质。称带有电荷的粒子为“带电粒子”。电荷决定了带电粒子在电磁方面的物理行为。静止的带电粒子会产生电场,移动中的带电粒子会产生电磁场,带电粒子也会被电磁场所影响。一个带电粒子与电磁场之间的相互作用称为电磁力或电磁相互作用。这是四种基本相互作用中的一种。

度量

主条目:电荷量

电荷的量称为“电荷量”。在国际单位制里,电荷量的符号以Q为表示,单位是库仑。研究带电物质相互作用的经典学术领域称为经典电动力学。假若量子效应可以被忽略,则经典电动力学能够很正确地描述出带电物质在电磁方面的物理行为。

二十世纪初,著名的油滴实验证实电荷具有量子性质,也就是说,电荷是由一堆称为基本电荷的单独小单位组成的。基本电荷以符号e标记,大约带有电荷量1.602× 10^-19库仑。夸克是个例外,所带有的电量为e/3的倍数。质子带有电荷量e;电子带有电荷量-e。研究带电粒子与它们之间由光子媒介的相互作用的学术领域称为量子电动力学。

历史

公元前600年左右,希腊的哲学家泰勒斯(Thales, 640-546B.C.)记录,在摩擦猫毛于琥珀以后,琥珀会吸引像羽毛一类的轻微物体,假若摩擦时间够久,甚至会有火花出现。

1600年,英国人吉尔伯特首先发明的静电验电器(versorium)是一种可以侦测静电电荷的验电器。当带电物体接近金属指针的尖端时,因为静电感应,异性电荷会移动至指针的尖端,指针与带电物体会互相吸引,从而使得指针转向带电物体。

1600年,英国医生威廉·吉尔伯特,对于电磁现象做了一个很仔细的研究。他指出琥珀不是唯一可以经过摩擦而产生静电的物质,并且区分出电与磁不同的属性。他撰写了第一本阐述电和磁的科学著作《论磁石》。吉尔伯特创建了新拉丁语的术语“electricus”(类似琥珀,从“?λεκτρον”,“elektron”,希腊文的“琥珀”),意指摩擦后吸引小物体的性质[4]。这联结给出了英文字“electric”和“electricity”,最先出现于1646年,汤玛斯·布朗(Thomas Browne)的著作《Pseudodoxia Epidemica》(英文书名《Enquries into very many received tenets and commonly presumed truths》)[5]。随后,于1660年,科学家奥托·冯·格里克发明了可能是史上第一部静电发电机(electrostatic generator)。他将一个硫磺球固定于一根铁轴的一端,然后一边旋转硫磺球,一边用干手摩擦硫磺球,使硫磺球产生电荷,能够吸引微小物质。

图片 4 电荷 - 简介

电荷量是物质、原子或电子等所带的电的量。单位是库仑简称库。 常将“带电粒子”称为电荷,但电荷本身并非“粒子”,只是我们常将它想像成粒子以方便描述。因此带电量多者我们称之为具有较多电荷,而电量的多寡决定了力场的大小。此外,根据电场作用力的方向性,电荷可分为正电荷与负电荷,电子则带有负电。根据库仑定律,带有同种电荷的物体之间会互相排斥,带有异种电荷的物体之间会互相吸引。排斥或吸引的力与电荷的乘积成正比。库仑定律(Coulombs law),法国物理学家库仑(Coulomb,Charles-Augustin de,1736年-1806年)于1785年发现,并后来用自己的名字命名的一条物理学定律。库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律,它使电学的研究从定性进入定量阶段,是电学史中的一块重要的里程碑。 它指出,在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与距离平方成反比,与电量乘积成正比,作用力的方向沿连线,同号电荷相斥,异号电荷相吸。

原理

电荷的多少叫电荷量即物质、原子或电子等所带的电的量。电荷的符号是Q,单位是库仑简称库。

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