电荷（带正负电的基本粒子）
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更新时间：2023-05-22
电荷
带正负电的基本粒子
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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C（库仑，简称“库”）。研究带电物质相互作用的学科称为“电动力学”，可分为经典电动力学与量子电动力学。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。
电荷
概述
电荷
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。
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C（库仑，coulomb）。
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。
负电荷：人们规定用毛皮摩擦过的橡胶棒带的是负电荷（negative charge）。
历史
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。
体带电的方式
电荷具有实物的属性，不能离开电子和质子而存在。使物体带电的实质是获得或失去电子的过程。
起电的本质：都是将正、负电荷分开，使电荷发生转移。实质是电子的转移，并不是创造电荷。
1. 摩擦起电
实质：电子在不同物体间的转移。
原因：不同物体对电子的吸引和束缚能力不同
带电特点：两物体带上等量异种电荷
电子从一个物体转移到另一个物体。用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电；用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电。
自由电子：
例如：金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种电子叫做自由电子。失去这种电子的原子便成为带正电的离子，它们在金属内部排列起来，每个正离子都在自己的平衡位置振动而不移动，只有自由电子移动，这就使金属成为导体。
2. 感应起电
当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷。这种现象叫做静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电。
实质：将金属导体中的电子从物体的一部分转移到另一部分。
对象：金属导体。
3. 接触起电
电荷从一个物体转移到另一个物体。
实质：电子在不同物体间的转移
发生条件：带电体与另一个物体接触
电荷守恒定律
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。
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。
1937 C.D.Anderson 在宇宙线中发现 m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）。
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
点电荷
电荷
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。
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。
电荷
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、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
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
（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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