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永利国际:电荷有哪些特征

2019-12-31 05:30

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),简称电量永利国际,。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。

永利国际 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。

我们常将“带电粒子”称为电荷,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(人们规定用丝绸摩擦过的玻璃棒带的是正电荷,用毛皮摩擦过的橡胶棒带的是负电荷)。

电荷的种类

点电荷

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

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。

永利国际 5特征

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。

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的精确值为: e=1.60217733×10^-19库质子与电子电量之差小于 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

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6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》上的论文单篇引用达90余次。

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