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電荷
帶正負(fù)電的基本粒子
度量
主條目：電荷量
電荷的量稱為“電荷量”。在國際單位制里，電荷量的符號以q為表示，單位是C（庫侖，簡稱“庫”）。研究帶電物質(zhì)相互作用的學(xué)科稱為“電動力學(xué)”，可分為經(jīng)典電動力學(xué)與量子電動力學(xué)。假若量子效應(yīng)可以被忽略，則經(jīng)典電動力學(xué)能夠很正確地描述出帶電物質(zhì)在電磁方面的物理行為。
電荷
概述
電荷
電荷是許多次原子粒子所擁有的一種基本守恒性質(zhì)。稱帶有電荷的粒子為“帶電粒子”。靜止的帶電粒子會產(chǎn)生電場，移動中的帶電粒子會產(chǎn)生電磁場，帶電粒子也會被電磁場所影響。一個帶電粒子與電磁場之間的相互作用稱為電磁力或電磁相互作用。這是四種基本相互作用中的一種。
原理
電荷的多少叫電荷量即物質(zhì)、原子或電子等所帶的電的量。電荷的符號是q，單位是C（庫侖，coulomb）。
我們常將“帶電粒子”稱為電荷，此外，根據(jù)電場作用力的方向性，電荷可分為正電荷與負(fù)電荷，電子則帶有負(fù)電。
負(fù)電荷：人們規(guī)定用毛皮摩擦過的橡膠棒帶的是負(fù)電荷（negative charge）。
歷史
泰勒斯
吉爾伯特首先發(fā)明的靜電驗電器（versorium）是一種可以偵測靜電電荷的驗電器。當(dāng)帶電物體接近金屬指針的尖端時，因為靜電感應(yīng)，異性電荷會移動至指針的尖端，指針與帶電物體會互相吸引，從而使得指針轉(zhuǎn)向帶電物體。
1600年，英國醫(yī)生威廉·吉爾伯特，對于電磁現(xiàn)象做了一個很仔細(xì)的研究。他指出琥珀不是唯一可以經(jīng)過摩擦而產(chǎn)生靜電的物質(zhì)，并且區(qū)分出電與磁不同的屬性。他撰寫了第一本闡述電和磁的科學(xué)著作《論磁石》。吉爾伯特創(chuàng)建了新拉丁語的術(shù)語“electricus”（類似琥珀，從“?λεκτρον”，“elektron”，希臘文的“琥珀”），意指摩擦后吸引小物體的性質(zhì)。這聯(lián)結(jié)給出了英文字“electric”和“electricity”，最先出現(xiàn)于1646年，湯瑪斯·布朗（Thomas Browne）的著作《Pseudodoxia Epidemica》（英文書名《Enquries into very many received tenets and commonly presumed truths》）。隨后，于1660年，科學(xué)家奧托·馮·格里克發(fā)明了可能是史上第一部靜電發(fā)電機(jī)（electrostatic generator）。他將一個硫磺球固定于一根鐵軸的一端，然后一邊旋轉(zhuǎn)硫磺球，一邊用干手摩擦硫磺球，使硫磺球產(chǎn)生電荷，能夠吸引微小物質(zhì)。
體帶電的方式
電荷具有實(shí)物的屬性，不能離開電子和質(zhì)子而存在。使物體帶電的實(shí)質(zhì)是獲得或失去電子的過程。
起電的本質(zhì)：都是將正、負(fù)電荷分開，使電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移。實(shí)質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移，并不是創(chuàng)造電荷。
1. 摩擦起電
實(shí)質(zhì)：電子在不同物體間的轉(zhuǎn)移。
原因：不同物體對電子的吸引和束縛能力不同
帶電特點(diǎn)：兩物體帶上等量異種電荷
電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負(fù)電；用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電。
自由電子：
例如：金屬中離原子核最遠(yuǎn)的電子往往會脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動，這種電子叫做自由電子。失去這種電子的原子便成為帶正電的離子，它們在金屬內(nèi)部排列起來，每個正離子都在自己的平衡位置振動而不移動，只有自由電子移動，這就使金屬成為導(dǎo)體。
2. 感應(yīng)起電
當(dāng)一個帶電體靠近導(dǎo)體時，由于電荷間相互吸引或排斥，導(dǎo)體中的自由電荷便會趨向或遠(yuǎn)離帶電體，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同號電荷。這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)體帶電的過程叫做感應(yīng)起電。
實(shí)質(zhì)：將金屬導(dǎo)體中的電子從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。
對象：金屬導(dǎo)體。
3. 接觸起電
電荷從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。
實(shí)質(zhì)：電子在不同物體間的轉(zhuǎn)移
發(fā)生條件：帶電體與另一個物體接觸
電荷守恒定律
理清電荷
1865年，麥克斯韋（J.C.Maxwell,1831-1879）在總結(jié)前人實(shí)驗定律的基礎(chǔ)上提出電磁場方程組，并從他的方程組預(yù)言電磁波的存在，進(jìn)而指出光的電磁本質(zhì)。
1895年，洛倫茲（H.A.Lorentz,1853-1928）發(fā)表“電子論”并給出電荷在電磁場中受力的公式。至此，經(jīng)典 電磁理論的基礎(chǔ)已經(jīng)確立。
1897年，湯姆遜（J.J.Thomson，1856-1940）在陰極射線管中發(fā)現(xiàn)了電子(e-)，這是人類歷史上發(fā)現(xiàn)的第一個基本粒子。物理學(xué)家們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一大批帶電的或電中性的粒子，其中包括質(zhì)子(p)、正電子(e+)和中子(n)。
納米發(fā)出電荷
1897 J.J.Thomson 在陰極射線實(shí)驗中發(fā)現(xiàn)了電子，這是人類發(fā)現(xiàn)的第一個基本粒子，1905-1913年， R.A. Millikan 多次以“油滴”實(shí)驗測量了電子的電荷質(zhì)量比。
1911 E.Rutherford 跟據(jù) a 粒子碰撞金屬箔的散射實(shí)驗，提出原子的有核模型；1920年，又猜測原子核內(nèi)除存在帶正電的“質(zhì)子”外，還應(yīng)當(dāng)含有一種中性粒子。
1932 C.D.Anderson 在宇宙線中發(fā)現(xiàn)正電子，證實(shí)了Dirac 的預(yù)言J.Chadwick 發(fā)現(xiàn)中子，證實(shí)了Rutherford 的猜測W.K.Heisenborg 和伊萬年科各自建立原子核由質(zhì)子和中子組成的假說。
1937 C.D.Anderson 在宇宙線中發(fā)現(xiàn) m子。
1947-- 陸續(xù)在宇宙線和加速器中先后發(fā)現(xiàn)了一批奇異粒子：L超子、K介子、X超子、W- 超子 1955 O.Chamberlain和 E. G. Segre在加速器中發(fā)現(xiàn)反質(zhì)子。
1964 M.Gell-Mann和 G.Zweig 提出強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的夸克模型自1980年代起在加速器的電子—質(zhì)子碰撞實(shí)驗中，先后發(fā)現(xiàn)了理論預(yù)言的3色 6味、以束縛態(tài)存在的夸克和反夸克（最重的t夸克直到 1995年才被發(fā)現(xiàn)）。
在各種帶電微粒中，電子電荷量的大小是最小的。人們把最小電荷叫做元電荷，常用符號e表示。
-19
e=1.6×10^-19
與生活聯(lián)系
你可能聽說過，有的人觸電時被電吸住，而有的人觸電時卻被電打開了，這是怎么一回事呢？
原來，觸電就是人體的某一部位接觸到帶電體，有電流從人人體中通過。人觸電后，主要反應(yīng)是神經(jīng)受到強(qiáng)烈刺激，引起肌肉收縮。大家知道，手部的動作主要依靠手指的活動，而手指只能向手心方向活動。當(dāng)電流不大時如果用手指內(nèi)側(cè)或手心部位接觸帶電體，只是手部肌肉的收縮會使人牢牢握住帶電體，這就是電吸。如果用指尖或手指外側(cè)（手背部位）接觸帶電體，肌肉的強(qiáng)烈收縮反而會使手很快脫離帶電體，這就是電打。另外，當(dāng)接觸到高電壓的帶電體時，通過人體的電流很大，有可能是人體全身或局部的神經(jīng)麻痹，這時人體無法擺脫帶電體，看上去像被電吸住了，在電吸情況下，如不及時切斷電源，觸電人很快就會出現(xiàn)皮膚灼焦，呼吸窒息、心臟停跳，造成假死狀態(tài)。如不及時搶救，就會死亡。
電荷的種類
點(diǎn)電荷
電荷
電荷間存在相互作用。靜止電荷在周圍空間產(chǎn)生靜電場，運(yùn)動電荷除產(chǎn)生電場外還產(chǎn)生磁場。因此靜止或運(yùn)動的電荷都會受到電場力作用，只有運(yùn)動電荷才能受磁場力作用。
一個實(shí)際帶電體能否看作點(diǎn)電荷，不僅與帶電體本身有關(guān)，還取決于問題的性質(zhì)和精度的要求。點(diǎn)電荷是建立基本規(guī)律時必要的抽象概念，也是把分析復(fù)雜問題時不可少的分析手段。例如，庫侖定律、洛倫茲定律的建立，帶電體的電場以及帶電體之間相互作用的定量研究，試驗電荷的引入等等，都應(yīng)用了點(diǎn)電荷的觀念。
粒子的電荷
電荷
特征
自然界中的電荷只有兩種，即正電荷和負(fù)電荷。由絲綢摩擦的玻璃棒所帶的電荷叫做正電荷，由毛皮摩擦的橡膠棒所帶的電荷叫負(fù)電荷。電荷的最基本的性質(zhì)是：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。物質(zhì)的固有屬性之一。琥珀經(jīng)摩擦后能夠吸引輕小物體的現(xiàn)象是物體帶電的最早發(fā)現(xiàn)。繼而發(fā)現(xiàn)雷擊、感應(yīng)、加熱、照射等等都能使物體帶電。電分正、負(fù)，同號排斥，異號吸引，正負(fù)結(jié)合，彼此中和，電可以轉(zhuǎn)移，此增彼減，而總量不變。
電荷
為了說明電荷的特征，不妨與質(zhì)量作一些類比。電荷有正、負(fù)之分，于是電力有排斥力和吸引力的區(qū)別，質(zhì)量只有一種，其間總是相互吸引，正是這種區(qū)別，使電力可以屏蔽，引力則無從屏蔽。愛因斯坦描述了質(zhì)量有隨運(yùn)動變化的相對論效應(yīng)；而電子、質(zhì)子以及一切帶電體的電量都不因運(yùn)動變化，電量是相對論性的不變量。電荷具有量子性，任何電荷都是電子電荷e的整數(shù)倍，e的精確值(1986年推薦值)為： e=1.60217733×10^-19庫質(zhì)子與電子電量（絕對值）之差小于（10-20）e，通常認(rèn)為兩者的絕對值完全相等。電子十分穩(wěn)定，估計其壽命超過1010億年，比迄今推測的宇宙年齡還要長得多。
分?jǐn)?shù)電荷
所謂分?jǐn)?shù)電荷是指比電子電量小的電荷，如果存在，將動搖電子、質(zhì)子作為電荷基元的地位，具有重要的理論意義。1964年，M.蓋耳-曼提出強(qiáng)子由夸克組成的理論，預(yù)言夸克有多種，其電荷有、種。但尚沒有關(guān)于分?jǐn)?shù)電荷存在的該項目屬于粒子物理理論研究領(lǐng)域。電荷共軛—宇稱（CP）對稱性涉及到空間和物質(zhì)的基本對稱性，一直是粒子物理研究的前沿領(lǐng)域。Cronin和Fitch因發(fā)現(xiàn)CP破壞而榮獲諾貝爾獎。但他們發(fā)現(xiàn)的只是間接CP破壞，既可由弱作用引起，也可由超弱作用來解釋。要區(qū)分它們，必須研究直接CP破壞。這不僅對探索自然界新的作用力和理論有著重要意義，而且對弄清CP破壞的起源起著關(guān)鍵性的作用。自1964年起物理學(xué)家一直致力于對直接CP破壞的研究。
探索了近四十年的直接CP破壞給出更精確和自洽的理論預(yù)言，得到歐洲核子中心NA48和美國費(fèi)米實(shí)驗室KTeV兩個重要實(shí)驗的證實(shí)。由此實(shí)驗和理論首次確立了自然界中直接CP破壞的存在，成功地檢驗了標(biāo)準(zhǔn)模型的CP破壞機(jī)制，排除了超弱作用理論。該項目同時解釋了困擾粒子物理學(xué)界近五十年的所謂ΔI=1/2規(guī)則。被國際同行公認(rèn)為“北京組”工作，得到國際上實(shí)驗和理論主要專家的認(rèn)可和引用。該項目對CP對稱性自發(fā)破缺的雙黑格斯二重態(tài)模型（S2HDM）中一些重要的物理唯象進(jìn)行系統(tǒng)研究，指出S2HDM可以成為CP破壞起源的一種新物理模型。在電荷-宇稱對稱性破壞和夸克-輕子味物理理論研究方面，吳岳良作為主要完成人在國際核心刊物上發(fā)表了幾十篇論文，總引用率達(dá)1000余次。發(fā)表在美國《物理評論快報》（PRL）上的論文單篇引用達(dá)90余次。
實(shí)驗
高壓產(chǎn)生的電荷兩種電荷學(xué)生實(shí)驗：將學(xué)生分組。
實(shí)驗器材有：
電荷
（2）、毛皮、絲綢各兩塊
（3）、支架；為了避免實(shí)驗中電荷的流失，最好兩名同學(xué)同時進(jìn)行操作。
實(shí)驗過程：
（1）、兩位同學(xué)同時都用絲綢摩擦玻璃棒，使它帶電，將一根放在支座上，注意：要記住哪端帶電，不要用手摸帶電的一端，用另一根玻璃棒的帶電端靠近這根玻璃棒的帶電端，觀察發(fā)生的現(xiàn)象
（2）、用毛皮摩擦橡膠棒，重做剛才的實(shí)驗
（3）、用絲綢摩擦過的玻璃棒和用毛皮摩擦過的橡膠棒，做剛才的實(shí)驗。
實(shí)驗總結(jié)；人們用各種各樣的材料做了大量的實(shí)驗，人們發(fā)現(xiàn)帶電物體凡是跟絲綢摩擦過的玻璃棒互相吸引的，必定跟毛皮摩擦過的橡膠棒互相排斥；凡是跟毛皮摩擦過的橡膠棒互相吸引的，必定跟絲綢摩擦過的玻璃棒互相排斥。就是說物體帶的電荷要么跟絲綢摩擦過的玻璃棒所帶電荷相同，要么跟毛皮摩擦過的橡膠棒所帶電荷相同，沒有第三種可能，自然界中只有這樣兩種電荷，美國科學(xué)家富蘭克林對這兩種電荷做出規(guī)定：絲綢摩擦過的玻璃棒所帶電荷叫做正電荷，毛皮摩擦過的橡膠棒所帶電荷叫做負(fù)電荷。1.電荷之間相互作用規(guī)律：同性相斥，異性相吸，大小用庫侖定律來計算。2.點(diǎn)電荷作用力為一對相互作用力，遵循牛頓第三定律。3.庫侖定律的適用條件：真空中靜止點(diǎn)電荷間的相互作用力（均勻帶電體間、均勻帶電球殼間也可）。
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作者
