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电荷守恒定律
日期:
2024-01-09 09:32
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电荷守恒定律
静电感应过程中导体中的自由电荷只是从导体的一部分转移到另一部分。也就是说, 无论是摩擦起电还是感应起电都没有创造电荷, 只是电荷的分布发生了变化。 大量实验事实表明, 电荷既不会创生, 也不会消灭, 它只能从一个物体转移到另一个物体, 或者从物体的一部分转移到另一部分; 在转移过程中, 电荷的总量保持不变。这个结论叫作电荷守恒定律 ( law of conservation of charge)。 近代物理实验发现, 在一定条件下, 带电粒子可以产生或湮没。例如, 一个高能光子在一定条件下可以产生一个正电子 ${ }^{\infty}$ 和一个负电子; 一对正、负电子可以同时湮没,转化为光子。不过在这些情况下, 带电粒子总是成对产生或湮没的, 两个粒子带电数量相等但电性相反, 而光子又不带电, 所以电荷的代数和仍然不变。因此, 电荷守恒定律更普遍的表述是：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。它是自然界重要的基本规律之一。 ## 元电荷 迄今为止, 实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量。质子、正电子所带的电荷量与它相同, 电性相反。人们把这个最小的电荷量叫作元电荷 (elementary charge),用 $e$ 表示。实验还发现, 所有带电体的电荷量都是 $e$ 的整数倍。这就是说, 电荷量是不能连续变化的物理量。 元电荷 $e$ 的数值, 最早是由美国物理学家密立根测得的, 他因此获得诺贝尔物理学奖。在密立根实验之后, 人们又做了许多测量。现在公认的元电荷 $e$ 的值为 $$ e=1.602176634 \times 10^{-19} \mathrm{C} $$ 在计算中, 可取 $$ e=1.60 \times 10^{-19} \mathrm{C} $$ 电子的电荷量 $e$ 与电子的质量 $m_{\mathrm{e}}$ 之比, 叫作电子的比荷 (specific charge)。比荷也是一个重要的物理量。电子的质量 $m_{\mathrm{e}}=9.11 \times 10^{-31} \mathrm{~kg}$, 所以电子的比荷为 $$ \frac{e}{m_{\mathrm{e}}}=1.76 \times 10^{11} \mathrm{C} / \mathrm{kg} $$
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