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  • 电荷

    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(表示符号为“+”),带负电的粒子叫负电荷(表示符号为“﹣”)。也是某些基本粒子(如电子和质子)的属性,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。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。同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引。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。

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    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 电荷 英文名: electric charge
    定义: 带正负电的基本粒子 电子电荷: e
    应用范围: 物理学 读音: diàn hè

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    概述/电荷 编辑

    电荷电荷

    在电磁学里, 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”。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。

    历史/电荷 编辑

    泰勒斯泰勒斯

    西元前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。

    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着作《论磁石》。吉尔伯特创建了新拉丁语的术语“electricus”(类似琥珀,从“ήλεκτρον”,“elektron”,希腊文的“琥珀”),意指摩擦后吸引小物体的性质。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)的着作《Pseudodoxia Epidemica》(英文书名《Enquries into very many received tenets and commonly presumed truths》)。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。

    理清电荷

    1785年,法国物理学家库仑(C.A.Coulomb,1736-1806)以他的扭秤实验得出静电作用定律.人类从此对电磁现象进入了定量研究。

    1820年,奥斯特(H.C.Oersted,1771-1851)发现电流的磁效应。

    1820年,安培(A.M.Ampère,1775-1836)发现电流之间的互作用定律。

    1831年,法拉第(M.Faraday,1791-1867)发现电磁感应定律。

    1865年,麦克斯韦(J.C.Maxwell,1831-1879)在总结前人实验定律的基础上提出电磁场方程组,并从他的方程组预言电磁波的存在,进而指出光的电磁本质。

    1887年,赫兹(H.Hertz,1857-1894)以实验证实了电磁波的存在,并对麦克斯韦方程组进行了整理和简化。

    1895年,洛伦兹(H.A.Lorentz,1853-1928)发表“电子论”并给出电荷在电磁场中受力的公式.至此,经典 电磁理论的基础已经确立。

    1897年,汤姆逊(J.J.Thomson,1856-1940)在阴极射线管中发现了电子(e-),这是人类历史上发现的第一个基本粒子。物理学家们陆续发现了一大批带电的或电中性的粒子,其中包括质子(p)、正电子(e+)和中子(n)。

    纳米发出电荷

    1897 J.J.Thomson 在阴极射线实验中发现了电子,这是人类发现的第一个基本粒子,1905-1913年, R.A. Millikan 多次以“油滴”实验测量了电子的电荷质量比。

    1911 E.Rutherford 跟据 a 粒子碰撞金属箔的散射实验,提出原子的有核模型;1920年,又猜测原子核内除存在带正电的“质子”外,还应当含有一种中性粒子。

    1930 A.M.Dirac 将相对论引进量子力学,提出相对论电子理论,预言存在电子的反粒子——正电子(同时预言存在磁单极) 。

    1932 C.D.Anderson 在宇宙线中发现正电子,证实了Dirac 的预言J.Chadwick 发现中子,证实了Rutherford 的猜测W.K.Heisenborg 和伊万年科各自建立原子核由质子和中子组成的假说 。

    1935汤川秀树(H.Yukawa)提出强作用的介子理论;1950年C.F.Powell 在宇宙线中发现 p介子 。

    1937 C.D.Anderson 在宇宙线中发现 m子 。

    1947-- 陆续在宇宙线和加速器中先后发现了一批奇异粒子:L超子、K介子、X超子、W- 超子 1955 O.Chamberlain和 E. G. Segre在加速器中发现反质子。

    1964 M.Gell-Mann和 G.Zweig 提出强子结构的夸克模型自1980年代起在加速器的电子—质子碰撞实验中,先后发现了理论预言的3色 6味、以束缚态存在的夸克和反夸克(最重的t夸克直到 1995年才被发现)。

    1964 一组科学家在欧洲核子中心(CERN)的加速器中发现反质子和反 中子组成的反氘核。

    1983 C.Rubbia等在欧洲核子中心发现电弱统一理论预言的 W±和 Z0 粒子 。

    在各种带电微粒中,电子电荷量的大小是最小的。人们把最小电荷叫做元电荷,常用符号e表示。

    -19

    e=1.6×10^-19

    与生活联系

    你可能听说过,有的人触电时被电吸住,而有的人触电时却被电打开了,这是怎么一回事呢?

    原来,触电就是人体的某一部位接触到带电体,有电流从人人体中通过。人触电后,主要反应是神经受到强烈刺激,引起肌肉收缩。大家知道,手部的动作主要依靠手指的活动,而手指只能向手心方向活动。当电流不大时如果用手指内侧或手心部位接触带电体,只是手部肌肉的收缩会使人牢牢握住带电体,这就是电吸。如果用指尖或手指外侧(手背部位)接触带电体,肌肉的强烈收缩反而会使手很快脱离带电体,这就是电打。另外,当接触到高电压的带电体时,通过人体的电流很大,有可能是人体全身或局部的神经麻痹,这时人体无法摆脱带电体,看上去像被电吸住了,在电吸情况下,如不及时切断电源,触电人很快就会出现皮肤灼焦,呼吸窒息、心脏停跳,造成假死状态。如不及时抢救,就会死亡。

    电荷的种类/电荷 编辑

    点电荷

    电荷电荷

    点电荷是带电粒子的理想模型。真正的点电荷并不存在,只有当带电粒子之间的距离远大于粒子的尺寸,或是带电粒子的形状与大小对于相互作用力的影响足以忽略时,此带电体就能称为“点电荷”。 带电是物质的一种固有属性。电荷有两种:正电荷和负电荷。物体由于摩擦、加热、射线照射、化学变化等原因,失去部分电子时物体带正电,获得部分电子时物体带负电。带有多余正电荷或负电荷的物体叫做带电体,习惯上有时把带电体叫做电荷。

    电荷间存在相互作用。静止电荷在周围空间产生静电场,运动电荷除产生电场外还产生磁场。因此静止或运动的电荷都会受到电场力作用,只有运动电荷才能受磁场力作用。

    一个实际带电体能否看作点电荷,不仅与带电体本身有关,还取决于问题的性质和精度的要求。点电荷是建立基本规律时必要的抽象概念,也是把分析复杂问题时不可少的分析手段。例如,库仑定律、洛伦兹定律的建立,带电体的电场以及带电体之间相互作用的定量研究,试验电荷的引入等等,都应用了点电荷的观念。

    粒子的电荷

    电荷电荷

    在粒子物理学中,许多粒子都带有电荷。电荷在粒子物理学中是一个相加性量子数,电荷守恒定律也适用于粒子,反应前粒子的电荷之和等于反应后粒子的电荷之和,这对于强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用都是严格成立的。

    特征/电荷 编辑

    自然界中的电荷只有两种,即正电荷和负电荷。由丝绸摩擦的玻璃棒所带的电荷叫做正电荷,由毛皮摩擦的橡胶棒所带的电荷叫负电荷。 电荷的最基本的性质是:同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。物质的固有属性之一。琥珀经摩擦后能够吸引轻小物体的现象是物体带电的最早发现。继而发现雷击、感应、加热、照射等等都能使物体带电。电分正、负,同号排斥,异号吸引,正负结合,彼此中和,电可以转移,此增彼减,而总量不变。

    电荷电荷

    构成物质的基本单元是原子,原子由电子和原子核构成,核又由质子和中子构成 ,电子带负电 , 质子带正电,是正、负电荷的基本单元,中子不带电。所谓物体不带电就是电子数与质子数相等,物体带电则是这种平衡的破坏。在自然界中不存在脱离物质而单独存在的电荷 。 在一个孤立系统中,不管发生了什么变化,电子、质子的总数不变,只是组合方式或所在位置有所变化,因而电荷必定守恒。

    为了说明电荷的特征,不妨与质量作一些类比。电荷有正、负之分,于是电力有排斥力和吸引力的区别,质量只有一种,其间总是相互吸引,正是这种区别,使电力可以屏蔽,引力则无从屏蔽。爱因斯坦描述了质量有随运动变化的相对论效应;而电子、质子以及一切带电体的电量都不因运动变化,电量是相对论性的不变量。电荷具有量子性,任何电荷都是电子电荷e的整数倍 ,e的精确值(1986年推荐值)为: e=1.60217733×10^-19库质子与电子电量(绝对值)之差小于 (10-20)e,通常认为两者的绝对值完全相等。电子十分稳定 ,估计其寿命超过1010亿年,比迄今推测的宇宙年龄还要长得多。

    分数电荷/电荷 编辑

    所谓分数电荷是指比电子电量小的电荷,如果存在,将动摇电子、质子作为电荷基元的地位,具有重要的理论意义。1964年,M.盖耳-曼提出强子由夸克组成的理论,预言夸克有多种,其电荷有、种。但尚没有关于分数电荷存在的该项目属于粒子物理理论研究领域。电荷共轭—宇称(CP)对称性涉及到空间和物质的基本对称性,一直是粒子物理研究的前沿领域。Cronin和Fitch因发现CP破坏而荣获诺贝尔奖。但他们发现的只是间接CP破坏,既可由弱作用引起,也可由超弱作用来解释。要区分它们,必须研究直接CP破坏。这不仅对探索自然界新的作用力和理论有着重要意义,而且对弄清CP破坏的起源起着关键性的作用。自1964年起物理学家一直致力于对直接CP破坏的研究。

    探索了近四十年的直接CP破坏给出更精确和自洽的理论预言,得到欧洲核子中心NA48和美国费米实验室KTeV两个重要实验的证实。由此实验和理论首次确立了自然界中直接CP破坏的存在,成功地检验了标准模型的CP破坏机制,排除了超弱作用理论。该项目同时解释了困扰粒子物理学界近五十年的所谓ΔI=1/2规则。被国际同行公认为“北京组”工作,得到国际上实验和理论主要专家的认可和引用。该项目对CP对称性自发破缺的双黑格斯二重态模型(S2HDM)中一些重要的物理唯象进行系统研究,指出S2HDM可以成为CP破坏起源的一种新物理模型。在电荷-宇称对称性破坏和夸克-轻子味物理理论研究方面,吴岳良作为主要完成人在国际核心刊物上发表了几十篇论文,总引用率达1000余次。发表在美国《物理评论快报》(PRL)上的论文单篇引用达90余次。

    实验/电荷 编辑

    高压产生的电荷两种电荷学生实验:将学生分组。

    实验器材有:

    电荷电荷

    (1)、玻璃棒、橡胶棒各两根

    (2)、毛皮、丝绸各两块

    (3)、支架;为了避免实验中电荷的流失,最好两名同学同时进行操作。

    实验过程:

    (1)、两位同学同时都用丝绸摩擦玻璃棒,使它带电,将一根放在支座上,注意:要记住哪端带电,不要用手摸带电的一端,用另一根玻璃棒的带电端靠近这根玻璃棒的带电端,观察发生的现象

    (2)、用毛皮摩擦橡胶棒,重做刚才的实验

    (3)、用丝绸摩擦过的玻璃棒和用毛皮摩擦过的橡胶棒,做刚才的实验。

    实验总结;人们用各种各样的材料做了大量的实验,人们发现带电物体凡是跟丝绸摩擦过的玻璃棒互相吸引的,必定跟毛皮摩擦过的橡胶棒互相排斥;凡是跟毛皮摩擦过的橡胶棒互相吸引的,必定跟丝绸摩擦过的玻璃棒互相排斥。就是说物体带的电荷要么跟丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷相同,要么跟毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷相同,没有第三种可能,自然界中只有这样两种电荷,美国科学家富兰克林对这两种电荷做出规定:丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷叫做正电荷,毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷叫做负电荷。1.电荷之间相互作用规律:同性相斥,异性相吸,大小用库仑定律来计算。2.点电荷作用力为一对相互作用力,遵循牛顿第三定律。3.库仑定律的适用条件:真空中静止点电荷间的相互作用力(均匀带电体间、均匀带电球壳间也可)。

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    扩展阅读
    1电荷
    2电荷

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