最后更新: 2024-09-20 15:31 ● 参与者查看: 207 次纠错分享本文参与项目

静电场

## 静电线性
在干燥的冬天，人们常有这样的经历：经过铺有地毯的走道来到房门口，在伸手接触金属门把的一刹那，突然听到“啪”的一声，手被电了一下，是哪里来的电呢？黑夜里脱下毛衣，会产生啪啪响声，答案可能令人有点意外，原来是电荷在作怪。

## 电荷

公元前 600 年左右, 古希腊学者泰勒斯就发现摩擦过的琥珀吸引轻小物体的现象。公元 1 世纪, 我国学者王充在《论衡》一书中也写下 “顿牟摄芥”一语。此语意为摩擦过的琥珀能吸引像草芥一类的轻小物体。16世纪, 英国科学家吉尔伯特在研究这类现象时首先根据希腊文的琥珀创造了英语中的 “electricity” (电) 这个词, 用来表示琥珀经过摩擦以后具有的性质, 并且认为摩擦过的琥珀带有电荷 (electric charge )。人们发现, 很多物体都会由于摩擦而带电, 并称这种方式为**摩擦起电** (electrification by friction)。

美国科学家富兰克林通过实验发现, 雷电的性质与摩擦产生的电的性质完全相同, 并命名了正电荷 (positive charge) 和负电荷 ( negative charge)。迄今为止, 人们没有发现对这两种电荷都排斥或都吸引的电荷。自然界的电荷只有两种。

电荷的多少叫作**电荷量** (electric quantity), 用 $Q$ 表示,有时也可以用 $q$ 来表示。在国际单位制中，它的单位是**库仑** (coulomb), 简称库, 符号是 $\mathrm{C}$ 。正电荷的电荷量为正值, 负电荷的电荷量为负值。

电子的电量最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测定的． 实验还发现，任何油滴所带的电量都等于电子或质子所带电量的整数倍，因此，人们把一个电子（或质子）所带电量的绝对值叫作元电荷，用$ｅ$ 表示． 在科学研究中，常常用元电荷作为电量的单位

## 元电荷
根据 1999 年发布的数据，元电荷的精确值 $e=1.602176462(83) \times 10^{-19} \mathrm{C}$. 在通常的计算中, 可取 $e=1.60 \times 10^{-19} \mathrm{C}$.

电子的电量 $e$ 与电子的质量 $m_e$ 之比, 叫作电子的比荷. 电子的质量 $m_e=9.11 \times 10^{-31} \mathrm{~kg}$,因此, 电子的比荷 $\frac{e}{m_e}=1.76 \times 10^{11} \mathrm{C} / \mathrm{kg}$. 它是一个重要的物理常量.

我们知道, 原子是由带正电的质子、不带电的中子以及带负电的电子组成的。每个原子中质子的正电荷数量与电子的负电荷数量一样多, 所以整个原子对外界表现为电中性。
 ![图片](/uploads/2024-01/image_20240109fb83a7d.png)

原子内部的质子和中子被紧密地束缚在一起构成原子核, 原子核的结构一般是很稳定的。通常离原子核较远的电子受到的束缚较弱，容易受到外界的作用而脱离原子。当两种物质组成的物体互相摩擦时, 一些受束缚较弱的电子会转移到另一个物体上。于是, 原来电中性的物体由于得到电子而带负电, 失去电子的物体则带正电。这就是摩擦起电的原因。

不同物质的微观结构不同，由于原子或分子间的相互作用，原子中电子的多少和运动状况也不相同。例如，金属中原子的外层电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由运动, 这种电子叫作自由电子 (free electron)。失去自由电子的原子便成为带正电的离子 (ion), 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附近振动而不移动, 只有自由电子穿梭其中 (图9.1-2), 这就使金属成为导体。绝缘体中几乎不存在能自由移动的电荷。

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