兩個 りゃんこ 電荷 でんか 之 の 间互相 しょう 施 ほどこせ 加 か 於對方 かた 的 てき 作用 さよう 力 りょく :同性 どうせい 相 しょう 斥,异性相 しょう 吸。
在 ざい 電磁 でんじ 學 がく 裡 うら ,電荷 でんか (英語 えいご :electric charge )是 ぜ 构成物 もの 质的 てき 基本 きほん 粒子 りゅうし 的 てき 一 いち 種 しゅ 物理 ぶつり 性質 せいしつ ,原子 げんし 中 なか 的 てき 质子 和 わ 电子 分 ぶん 别带有正 ありまさ 电荷和 わ 负电荷 に ,而中子 なかご 不 ふ 带电荷 に 。[ 1] 帶 おび 有 ゆう 電荷 でんか 的 てき 物質 ぶっしつ 稱 しょう 為 ため 帶電 たいでん 物質 ぶっしつ ,带有电荷的 てき 粒子 りゅうし 称 しょう 为带电粒子 りゅうし 。两个帶電 たいでん 粒子 りゅうし 之 の 間 あいだ 會 かい 互相施 ほどこせ 加 か 作用 さよう 力 りょく ,电荷符号 ふごう 相 しょう 同 どう 的 てき 粒子 りゅうし 会 かい 相互 そうご 排斥 はいせき ,电荷符号 ふごう 不同 ふどう 的 てき 粒子 りゅうし 会 かい 相互 そうご 吸引 きゅういん ,该作用 よう 力 りょく 可 か 由 ゆかり 庫 くら 侖定律 ていりつ 得 とく 出 で 。
电荷是 ぜ 许多次 じ 原子 げんし 粒子 りゅうし 所 ところ 拥有的 てき 一种基本守恒性质。电荷决定了 りょう 带电粒子 りゅうし 在 ざい 电磁方面 ほうめん 的 てき 物理 ぶつり 行 ぎょう 为。静止 せいし 的 てき 带电粒子 りゅうし 会 かい 产生电场 ,移 うつり 动中的 てき 带电粒子 りゅうし 会 かい 产生电磁场 ,带电粒子 りゅうし 也会被 ひ 电磁场所影 かげ 响。一个带电粒子与电磁场之间的相互作用称为电磁力 りょく 或 ある 电磁交互 こうご 作用 さよう 。这是四 よん 种基本 きほん 交互 こうご 作用 さよう 中 なか 的 てき 一 いち 种。
物体 ぶったい 所 しょ 带过剩电荷的 てき 总量称 しょう 为电荷 に 量 りょう ,简称电荷或 ある 电量。[ 1] 电荷量的 りょうてき 国 くに 际单位 い 是 これ 庫 くら 侖 (C),通常 つうじょう 用 よう 符号 ふごう Q表示 ひょうじ 。一个质子携带的电荷量称为基本 きほん 电荷 ,约为1.602× 10-19 库仑 ,用 よう 符号 ふごう
e
{\displaystyle e}
表示 ひょうじ ,一 いち 个电子 携带的 てき 电荷量 りょう 为
−
e
{\displaystyle -e}
。夸克 携带的 てき 电荷量 りょう 为e/3的 てき 倍数 ばいすう 。
研究 けんきゅう 带电粒子 りゅうし 相互 そうご 作用 さよう 的 てき 经典学 がく 术领域 いき 称 しょう 为经典电动力学 りきがく 。假 かり 若 わか 量子 りょうし 效 こう 应可以被忽 ゆるがせ 略 りゃく ,则经典 てん 电动力学 りきがく 能 のう 够很正 せい 确地描述出 で 带电物 ぶつ 质在电磁方面 ほうめん 的 てき 物理 ぶつり 行 ぎょう 为。研究 けんきゅう 带电粒子 りゅうし 与 あずか 它们之 の 间由光子 こうし 媒介 ばいかい 的 てき 相互 そうご 作用 さよう 的 てき 学 がく 术领域 いき 称 しょう 为量子 りょうし 电动力学 りきがく 。
西元 にしもと 前 ぜん 600年 ねん 左右 さゆう ,希 まれ 腊的哲学 てつがく 家 か 泰 たい 勒斯 记录,琥珀 こはく 摩擦 まさつ 猫 ねこ 毛 げ 以后会 かい 吸引 きゅういん 像 ぞう 羽毛 うもう 一类的轻微物体,假 かり 若 わか 摩擦 まさつ 时间够久,甚至会 かい 有 ゆう 火花 ひばな 出 で 现[ 2] 。
吉 よし 爾 なんじ 伯 はく 特 とく 首 くび 先 さき 發明 はつめい 的 てき 靜 しずか 電 でん 驗 けん 電器 でんき (versorium )是 ぜ 一種可以偵測靜電電荷的驗 けん 電器 でんき 。當 とう 帶電 たいでん 物體 ぶったい 接近 せっきん 金屬 きんぞく 指針 ししん 的 てき 尖端 せんたん 時 じ ,因 よし 為 ため 靜 しずか 電 でん 感應 かんおう ,異性 いせい 電荷 でんか 會 かい 移動 いどう 至 いたり 指針 ししん 的 てき 尖端 せんたん ,指針 ししん 與 あずか 帶電 たいでん 物體 ぶったい 會 かい 互相吸引 きゅういん ,從 したがえ 而使得 とく 指針 ししん 轉向 てんこう 帶電 たいでん 物體 ぶったい 。
1600年 ねん ,英国 えいこく 医 い 生 せい 威 い 廉 かど ·吉 きち 尔伯特 とく ,对于电磁现象做了一 いち 个很仔 こ 细的研究 けんきゅう 。他 た 指出 さしで 琥珀 こはく 並 なみ 非 ひ 唯 ただ 一经过摩擦時會产生静 せい 电的 まと 物 ぶつ 质,并且区分 くぶん 出 で 电与磁不同 ふどう 的 てき 属性 ぞくせい [ 3] 。他 た 撰 せん 写 うつし 了 りょう 第 だい 一本阐述电和磁的科学著作《论磁石 せき 》。吉 よし 尔伯特 とく 创建了 りょう 新 しん 拉 ひしげ 丁 ひのと 语的 てき 术语「electrica」(源 みなもと 自 じ 於「ήλεκτρον」,「ēlektron」,希 まれ 腊文的 てき 「琥珀 こはく 」),英文 えいぶん 翻譯 ほんやく 為 ため 「electrics」,意 い 指 ゆび 如同琥珀 こはく 一般當摩擦後會吸引微小物體的物質[ 4] 。這新拉 ひしげ 丁 ひのと 術語 じゅつご 後來 こうらい 给出了 りょう 英文 えいぶん 術語 じゅつご 「electricity」,最 さい 先 さき 出 で 现于1646年 ねん ,汤玛斯·布 ぬの 朗 ろう (Thomas Browne )的 てき 著作 ちょさく 《Pseudodoxia Epidemica》(英文 えいぶん 书名《Enquries into very many received tenets and commonly presumed truths》)[ 5] 。随 ずい 后 きさき ,于1660年 ねん ,科学 かがく 家 か 奥 おく 托 たく ·冯·格 かく 里 さと 克 かつ 发明了 りょう 可能 かのう 是 ぜ 史上 しじょう 第 だい 一部 いちぶ 静 せい 电发电机 (electrostatic generator )。他 た 将 しょう 一 いち 个硫磺 球 たま 固定 こてい 于一根 ね 铁轴的 てき 一 いち 端 はし ,然 しか 后 きさき 一边旋转硫磺球,一边用干手摩擦硫磺球,使 つかい 硫磺球 だま 产生电荷,能 のう 够吸引 きゅういん 微小 びしょう 物 ぶつ 质[ 6] 。
史 ふみ 蒂芬·戈 ほこ 瑞 みず 于1729年 ねん 发现了 りょう 电传导 ,即 そく 电荷可 か 以从一个物质传导至另外一个物质的性質。只 ただ 有 ゆう 某 ぼう 些種類 しゅるい 的 てき 物 ぶつ 质会传导电荷,其中,金属 きんぞく 的 てき 能力 のうりょく 最 さい 为优良 りょう 。从此,科学 かがく 家 か 不 ふ 再 さい 认为产生电荷的 てき 物体 ぶったい 与 あずか 所 ところ 产生的 てき 电荷是 ぜ 不可分 ふかぶん 离的,而认为电荷 に 是 ぜ 一种独立存在的物质,在 ざい 那 な 时被称 しょう 为「电流体 りゅうたい 」。[ 7] 1733年 ねん ,查爾斯·篤 あつ 費 ひ 做實驗 じっけん 發現 はつげん ,假 かり 若 わか 被 ひ 絲 いと 綢摩擦 まさつ 後 ご 的 てき 玻璃 はり 對 たい 於帶電 たいでん 的 てき 金 きむ 葉 よう 片 かた 呈 てい 現出 げんしゅつ 排斥 はいせき 的 てき 現象 げんしょう ,則 のり 被 ひ 羊毛 ようもう 摩擦 まさつ 後 ご 的 てき 琥珀 こはく 會 かい 對 たい 這帶電 たいでん 的 てき 金 きむ 葉 よう 片 かた 呈 てい 現出 げんしゅつ 吸引 きゅういん 的 てき 現象 げんしょう ,因 いん 此,他 た 将 しょう 电分为两种,被 ひ 絲 いと 綢摩擦 まさつ 後 ご 的 てき 玻璃 はり 帶 たい 有 ゆう 「玻璃 はり 電 でん 」,而被羊毛 ようもう 摩擦 まさつ 後 ご 的 てき 琥珀 こはく 則 そく 帶 たい 有 ゆう 「樹脂 じゅし 電 でん 」。[ 4] :484-5 这两种电会 かい 彼此 ひし 相互 そうご 抵销。这理论称为「雙 そう 流體 りゅうたい 理論 りろん 」,是 ぜ 對 たい 於電現象 げんしょう 首 くび 次 じ 給 きゅう 出 で 解釋 かいしゃく 的 てき 電 でん 學理 がくり 論 ろん 。[ 8] :20 稍 やや 後 ご ,美國 びくに 科學 かがく 家 か 埃 ほこり 柏 かしわ 奈澤·肯納斯理 也獨立 どくりつ 獲得 かくとく 相 しょう 同 どう 的 てき 結論 けつろん 。[ 9] :118
在 ざい 十 じゅう 八 はち 世 せい 纪,美國 びくに 人 じん 班 はん 杰明·富 とみ 兰克林 りん 是 ぜ 电学最前 さいぜん 端 はし 的 てき 专家之 の 一 いち ,他 た 认为「单流体 りゅうたい 理 り 论 」比 ひ 较正确。他 た 想像 そうぞう 电储存 そん 于所有 しょゆう 物 ぶつ 质裡,并且通常 つうじょう 处于平衡 へいこう 状 じょう 态,而摩擦 まさつ 动作会 かい 使 し 得 とく 电从一个物体流动至另一个物体。例 れい 如,他 た 认为累 るい 积的电是储存于莱顿瓶 びん 的 てき 玻璃 はり ,用 よう 丝巾摩擦 まさつ 玻璃 はり 使 し 得 とく 电从丝巾流 りゅう 动至玻璃 はり 。这流动形成 けいせい 了 りょう 电流。他 た 建 けん 议电量 りょう 低 てい 于平衡 へいこう 的 てき 物体 ぶったい 载有负电量 りょう ,电量高 だか 于平衡 へいこう 的 てき 物体 ぶったい 载有正 せい 电量。他 た 任意 にんい 地 ち 设定玻璃 はり 电为正 せい 电,具有 ぐゆう 多 た 余 あまり 的 てき 电;而琥珀 こはく 电为负电,缺乏 けつぼう 足 あし 够的电。同 どう 时期,英國 えいこく 學者 がくしゃ 威 い 廉 かど ·沃森 也獨立 どくりつ 达到同 どう 样的结论。1747年 ねん ,富 とみ 兰克林 りん 假定 かてい 在 ざい 一个孤立系统内,总电荷 に 量 りょう 恒 つね 定 じょう ,这称为电荷守恒 もりつね 定律 ていりつ 。[ 7] :43-47 [ 10] :1112
库仑扭秤 (torsion balance )
1785年 ねん ,使用 しよう 查尔斯·库仑 与 あずか 約 やく 翰·米 まい 歇爾分 ぶん 别独立 どくりつ 发明的 てき 扭秤 ,库仑证实了 りょう 约瑟夫 おっと ·普 ふ 利 り 斯特里 さと 的 てき 基本 きほん 定律 ていりつ :帶 おび 有 ゆう 静 せい 态电荷 に 的 てき 两个物体 ぶったい 彼此 ひし 之 の 间所感受 かんじゅ 的 てき 作用 さよう 力 りょく 与 あずか 距离成 なり 平方 へいほう 反 はん 比 ひ 。这奠定 てい 了 りょう 静 せい 电的基本 きほん 定律 ていりつ 。[ 7] :56
剑桥大学 だいがく 卡文迪 すすむ 许实验室 的 てき 约瑟夫 おっと ·汤姆孙 於1897年 ねん 实验计算出 さんしゅつ 組成 そせい 阴极射 しゃ 线的粒子 りゅうし 的 てき 電荷 でんか 質量 しつりょう 比 ひ
e
/
m
{\displaystyle e/m}
。由 よし 於這數 すう 值與陰極 いんきょく 物質 ぶっしつ 、放電 ほうでん 管 かん 內氣體 たい 無關 むせき ,汤姆孙推斷 すいだん ,陰極 いんきょく 射 しゃ 線 せん 的 てき 粒子 りゅうし 源 げん 自 じ 於在陰極 いんきょく 附近 ふきん 被 ひ 強電 きょうでん 場 じょう 分解 ぶんかい 的 てき 氣體 きたい 原子 げんし ,這粒子 りゅうし 為 ため 所有 しょゆう 物質 ぶっしつ 的 てき 組 ぐみ 分 ぶん 。由 よし 於汤姆孙獲得 かくとく 的 てき 電荷 でんか 質量 しつりょう 比 ひ 是 ぜ 電解 でんかい 實驗 じっけん 獲得 かくとく 的 てき 氫離子 こ 電荷 でんか 質量 しつりょう 比 ひ 的 てき 千 せん 分 ふん 之 の 一 いち 倍 ばい ,汤姆孙錯誤 さくご 推斷 すいだん ,這粒子 りゅうし 的 てき 質量 しつりょう 很小,電荷 でんか 很大,稍 やや 後 ご 他 た 又 また 修正 しゅうせい 為 ため ,粒子 りゅうし 的 てき 帶電 たいでん 量 りょう 等 とう 於電解 でんかい 單位 たんい 電荷 でんか ,而質量 りょう 則 そく 為 ため 氫原子 げんし 的 てき 千 せん 分 ふん 之 の 一 いち 。汤姆孙稱這粒子 りゅうし 為 ため 「微粒 びりゅう 」(corpuscle),就是微小 びしょう 粒子 りゅうし 的 てき 意思 いし ,但 ただし 學術 がくじゅつ 界 かい 後來 こうらい 採用 さいよう 術語 じゅつご 「電子 でんし 」來 らい 標記 ひょうき 這粒子 こ 。[ 11] 1899年 ねん ,汤姆孙實驗 じっけん 團 だん 隊 たい 做光電 でん 效 こう 應 おう 實驗 じっけん 與 あずか 熱 ねつ 離 はなれ 子 こ 發射 はっしゃ 實驗 じっけん 測 はか 得 う 於先前 ぜん 陰極 いんきょく 射 しゃ 線 せん 等 とう 同 どう 的 てき 電荷 でんか 質量 しつりょう 比 ひ ,這意味 あじ 著 ちょ 這些實驗 じっけん 所 しょ 涉 わたる 及的粒子 りゅうし 都 と 是 ぜ 電子 でんし 。[ 12] :23 。由 よし 於汤姆孙建議 けんぎ 電子 でんし 為 ため 組成 そせい 物質 ぶっしつ 的 てき 基礎 きそ 粒子 りゅうし ,並 なみ 且做實驗 じっけん 確 かく 切 きり 證 しょう 實 じつ 他 た 的 てき 論述 ろんじゅつ ,他 た 被 ひ 公認 こうにん 為 ため 電子 でんし 的 てき 發現 はつげん 者 しゃ 。電子 でんし 是 ぜ 人類 じんるい 發現 はつげん 的 てき 第 だい 一 いち 種 しゅ 基礎 きそ 粒子 りゅうし 。[ 13] :40-43
1898年 ねん ,汤姆孙做實驗 じっけん 發現 はつげん ,假設 かせつ 照射 しょうしゃ X射 い 線 せん 於氣體 たい ,使用 しよう 所產 しょさん 生 せい 的 てき 負 まけ 離 はなれ 子來 こらい 將 しょう 過飽和 かほうわ 水蒸氣 すいじょうき 凝結 ぎょうけつ ,則 のり 可 か 以粗略 りゃく 測量 そくりょう 帶電 たいでん 水滴 すいてき 的 てき 帶電 たいでん 量 りょう ,其與電解 でんかい 實驗 じっけん 獲得 かくとく 的 てき 氫離子 こ 帶電 たいでん 量 りょう 大約 たいやく 相等 そうとう 。隔年 かくねん ,他 た 利用 りよう 光 ひかり 電 でん 效 こう 應 おう 來 らい 進行 しんこう 類似 るいじ 實驗 じっけん ,仍舊獲得 かくとく 同樣 どうよう 結果 けっか 。但 ただし 是 ぜ 這些實驗 じっけん 所 しょ 獲得 かくとく 的 てき 數 すう 值是很多帶電 たいでん 水滴 すいてき 的 てき 統計 とうけい 平均 へいきん 值,它們並 なみ 未 み 能 のう 證 しょう 實 じつ 所有 しょゆう 電子 でんし 的 てき 帶電 たいでん 量 りょう 相等 そうとう 。美國 びくに 物理 ぶつり 學 がく 家 か 羅 ら 伯 はく 特 とく ·密 みつ 立根 たつこん 在 ざい 1909年 ねん 起 おこり 完成 かんせい 一系列實驗測量電子的帶電量。起 おこり 初 はつ ,他 た 使用 しよう 水滴 すいてき 為 ため 測量 そくりょう 對象 たいしょう ,後來 こうらい ,由 ゆかり 於油滴 しずく 的 てき 蒸發 じょうはつ 率 りつ 較低,他 た 改 あらため 使用 しよう 油 ゆ 滴 しずく ,[ 12] :23, 61 在 ざい 這些油 あぶら 滴 しずく 實驗 じっけん 裏 うら ,他 た 仔細 しさい 地 ち 測量 そくりょう ,帶電 たいでん 油 ゆ 滴 しずく 在 ざい 重力 じゅうりょく 與 あずか 電場 でんじょう 的 てき 庫 くら 倫 りん 力 りょく 的 てき 雙 そう 重 じゅう 影響 えいきょう 下 か 的 てき 懸 かか 浮運動 うんどう 。從 したがえ 獲得 かくとく 的 てき 數 すう 據 よりどころ ,所有 しょゆう 油 ゆ 滴 しずく 的 てき 帶電 たいでん 量 りょう 皆 みな 為 ため 同一 どういつ 數字 すうじ 的 てき 整 せい 倍數 ばいすう ,因 いん 此認定 にんてい 此數值為單一 たんいつ 電子 でんし 的 てき 電荷 でんか ,即 そく 基本 きほん 電荷 でんか ,並 なみ 且斷定 だんてい ,電 でん 的 てき 基本 きほん 結構 けっこう 是 ぜ 自然 しぜん 不可分 ふかぶん 的 てき 基本 きほん 電荷 でんか ,而不是 ぜ 多 た 個 こ 不同 ふどう 數 すう 值的統計 とうけい 平均 へいきん 值。[ 14] :196-197 俄 にわか 國 こく 物理 ぶつり 學者 がくしゃ 亞 あ 伯 はく 蘭 らん ·約 やく 費 ひ 於1911年 ねん 利用 りよう 光 ひかり 電 でん 效 こう 應 おう ,照射 しょうしゃ 紫外線 しがいせん 於鋅金屬 きんぞく 微粒 びりゅう 子來 こらい 製 せい 成 なり 帶電 たいでん 金屬 きんぞく 微粒子 びりゅうし ,然 しか 後 こう 測量 そくりょう 其帶電 たいでん 量 りょう ,他 た 也獨立 どくりつ 獲得 かくとく 同樣 どうよう 結果 けっか 。[ 15]
假 かり 设在平衡 へいこう 状 じょう 况,某 ぼう 物体 ぶったい 的 てき 总电量 りょう 不等 ふとう 于零,也就是 ぜ 说,这物体 ぶったい 带有正 せい 电荷或 ある 负电荷 に ,则称此物体 ぶったい 带有静 せい 电 。这方面 ほうめん 的 てき 问题属 ぞく 于静 せい 电学 领域。琥珀 こはく 在 ざい 经过用 よう 猫 ねこ 毛 げ 摩擦 まさつ 后 きさき ,能 のう 够吸引 きゅういん 轻小物体 ぶったい ,这现象 ぞう 称 しょう 为静 せい 电现象 ぞう 。这是负电荷 に 从猫毛 げ 转移到 いた 琥珀 こはく 后 きさき ,所 しょ 呈 てい 现的电 性 せい 。当 とう 两个处于电势 不 ふ 相等 そうとう 的 てき 物体 ぶったい 相互 そうご 接触 せっしょく 在 ざい 一起 かずき ,就会发生另外一种静电现象,称 しょう 为静 せい 电放电 ,使 つかい 得 とく 一个物体的电荷流动至另一个物体,从而促成 そくせい 电势 相等 そうとう 。雷 かみなり 电是 ぜ 一种比较剧烈的静电放电现象。在 ざい 大自然 だいしぜん 中 ちゅう ,因 いん 为云层累积的正 せい 负电荷 に 剧烈中和 ちゅうわ ,会 かい 产生雷 かみなり 电和其所伴 とも 随 ずい 的 てき 电光 、雷 かみなり 声 ごえ 、热量 。
一个正电荷与其电场线
一个负电荷与其电场线
带电粒子 りゅうし 时常被 ひ 称 しょう 为电荷 に ,但 ただし 电荷本身 ほんみ 并非粒子 りゅうし ,只 ただ 是 ぜ 为了方便 ほうべん 描述,可 か 以将它想像 ぞう 成 なり 粒子 りゅうし 。带电量 りょう 多 た 者 しゃ 称 しょう 为具有 ぐゆう 较多电荷。处于一外电场的带电粒子,其所感 かん 受到的 てき 外 そと 电场的 てき 库仑力 りょく 相 あい 依 よ 于其带电量 りょう 。
点 てん 电荷是 ぜ 带电粒子 りゅうし 的 てき 理想 りそう 模型 もけい 。真正 しんせい 的 てき 点 てん 电荷并不存在 そんざい ,只 ただ 有 ゆう 当 とう 带电粒子 りゅうし 之 の 间的距离超大 ちょうだい 于粒子 りゅうし 的 てき 尺寸 しゃくすん ,或 ある 是 ぜ 带电粒子 りゅうし 的 てき 形状 けいじょう 与 あずか 大小 だいしょう 对于彼此 ひし 相互 そうご 施 ほどこせ 加 か 的 てき 作用 さよう 力 りょく 的 てき 影 かげ 响能够被忽 ゆるがせ 略 りゃく 时,可 か 称 しょう 此带电体为「点 てん 电荷」。
一个实际带电体能否视为点电荷,不 ふ 仅与带电体 たい 本身 ほんみ 有 ゆう 关,还取决于问题的 てき 性 せい 质和精 せい 确度的 てき 要求 ようきゅう 。点 てん 电荷是 ぜ 建立 こんりゅう 基本 きほん 规律时必要 ひつよう 的 てき 抽象 ちゅうしょう 概念 がいねん ,也是分 ぶん 析复杂问题时不可 ふか 少 しょう 的 てき 分析 ぶんせき 手段 しゅだん 。例 れい 如,库仑定律 ていりつ 、劳仑兹力定律 ていりつ 的 てき 建立 こんりゅう ,带电体 からだ 所 しょ 产生的 てき 电场 以及几个带电体 たい 之 の 间彼此 ひし 相互 そうご 作用 さよう 的 てき 定量 ていりょう 研究 けんきゅう ,试验电荷的 てき 引入等 とう 等 とう ,都 と 应用了 りょう 点 てん 电荷的 てき 观念。
给予两个电量分 ぶん 别为
q
{\displaystyle q}
、
q
′
{\displaystyle q'}
,位置 いち 分 ぶん 别为
r
{\displaystyle \mathbf {r} }
、
r
′
{\displaystyle \mathbf {r} '}
的 まと 点 てん 电荷。根 ね 据 すえ 库仑定律 ていりつ ,点 てん 电荷
q
′
{\displaystyle q'}
作用 さよう 于点电荷
q
{\displaystyle q}
的 てき 力量 りきりょう
F
,
{\displaystyle \mathbf {F} \ ,\!}
的 てき 大小 だいしょう 与 あずか 方向 ほうこう ,以方程式 ほうていしき 表 ひょう 达为
F
=
1
4
π ぱい
ϵ
0
q
q
′
(
r
−
r
′
)
|
r
−
r
′
|
3
{\displaystyle \mathbf {F} ={\cfrac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}{\cfrac {qq'\ (\mathbf {r} -\mathbf {r} ')}{|\mathbf {r} -\mathbf {r} '|^{3}}}}
。
假 かり 若 わか 两个点 てん 电荷同性 どうせい (电荷的 てき 正 せい 负号相 しょう 同 どう ),则其电量的 てき 乘 じょう 积
q
q
′
{\displaystyle qq'}
是正 ぜせい 值,两个点 てん 电荷互相排斥 はいせき 。反 はん 之 これ ,假 かり 若 わか 两个点 てん 电荷异性(电荷的 てき 正 せい 负号相反 あいはん ),则其电量的 てき 乘 じょう 积
q
q
′
{\displaystyle qq'}
是 ぜ 负值,两个点 てん 电荷互相吸引 きゅういん 。
有 ゆう 时候,虽然物体 ぶったい 的 てき 总电量 りょう 等 とう 于零,电荷分布 ぶんぷ 可能 かのう 会 かい 不 ふ 均 ひとし 匀(例 れい 如,因 いん 为存在 そんざい 着 ぎ 外 がい 电场)。对于这状况,这物质称为电极化物 ばけもの 质 。束 たば 缚电荷 に 是 ぜ 由 よし 于电极化而出现的电荷,束 たば 缚于原子 げんし 内部 ないぶ 。与 あずか 束 たば 缚电荷 に 明 あかり 显不同 ふどう ,自由 じゆう 电荷是 ぜ 从外部 ぶ 置 おけ 入 いれ 的 てき 额外的 てき 电荷,不 ふ 被 ひ 束 たば 缚于原子 げんし 内部 ないぶ 。带电粒子 りゅうし 朝 あさ 着 き 某 ぼう 方向 ほうこう 的 てき 运动形成 けいせい 了 りょう 电流 ,特 とく 别是在 ざい 金属 きんぞく 内部 ないぶ 运动的 てき 电子。
在 ざい 粒子 りゅうし 物理 ぶつり 学 がく 中 なか ,许多粒子 りゅうし 都 と 带有电荷。电荷在 ざい 粒子 りゅうし 物理 ぶつり 学 がく 中 ちゅう 是 ぜ 一个相加性量子数,电荷守恒 もりつね 定律 ていりつ 也适用 よう 于粒子 こ ,反 はん 应前粒子 りゅうし 的 てき 电荷之 の 和 かず 等 ひとし 于反应后粒子 りゅうし 的 てき 电荷之 の 和 わ ,这对于强 つよ 相互 そうご 作用 さよう 、弱 じゃく 相互 そうご 作用 さよう 、电磁相互 そうご 作用 さよう 都 みやこ 是 ただし 严格成立 せいりつ 的 てき 。
反 はん 粒子 りゅうし 带有的 てき 电荷与 あずか 对应粒子 りゅうし 带有的 てき 电荷,电量相 しょう 同 どう ,电性相 しょう 异。夸克带有非 ひ 整数 せいすう 电荷,不 ふ 是 ぜ -e/3,就是2e/3;但 ただし 是 ぜ 科学 かがく 家 か 从未观察到单独夸克的 てき 存在 そんざい (这事实可以用渐近自由 じゆう (Asymptotic freedom )的 てき 理 り 论来解 かい 释)。
电荷宇称时间对称 (CPT-symmetry )对于粒子 りゅうし 和 わ 反 はん 粒子 りゅうし 的 てき 相 しょう 对特性 せい 设下了 りょう 强烈 きょうれつ 的 てき 约束。因 よし 此,可 か 以严格 かく 地 ち 测试这理论。例 れい 如,质子 和 わ 反 はん 质子的 てき 电荷的 てき 总和必须正 ただし 好 こう 等 とう 于零。这全等式 とうしき 的 てき 精 せい 确度已 やめ 经作实验测试至 いたり 108 分 ぶん 之 の 一 いち 。使用 しよう 潘 はん 宁阱 (Penning trap )来 らい 囚 しゅう 禁 きん 反 はん 质子,质子和 わ 反 はん 质子的 てき 电荷质量比 ひ 相等 そうとう 性 せい 质的精 せい 确度也被测试至 いたり 6×109 分 ぶん 之 の 一 いち [ 16] 。
电荷守恒 もりつね 定律 ていりつ 表明 ひょうめい ,在 ざい 一 いち 个孤立 こりつ 系 けい 统裏 うら ,不 ふ 论发生 せい 什么变化,总电荷 に 必定 ひつじょう 保持 ほじ 不 ふ 变。所有 しょゆう 物理 ぶつり 程 ほど 序 じょ 都 と 必须遵守 じゅんしゅ 这定律 ていりつ 。在 ざい 量子力学 りょうしりきがく 里 さと ,从波 なみ 函数 かんすう 的 てき 规范不 ふ 变性 可 か 以推导出这定律 ていりつ 。
流入 りゅうにゅう 某 ぼう 體積 たいせき
V
{\displaystyle \mathbb {V} }
的 てき 淨 きよし 電流 でんりゅう 為 ため
I
=
−
∮
S
J
⋅
d
2
r
{\displaystyle I=-\oint _{\mathbb {S} }\mathbf {J} \cdot \mathrm {d} ^{2}\mathbf {r} }
;
其中,
I
{\displaystyle I}
是 ぜ 電流 でんりゅう ,
J
{\displaystyle \mathbf {J} }
是 ぜ 電流 でんりゅう 密度 みつど ,
S
{\displaystyle \mathbb {S} }
是 ぜ 包圍 ほうい 體積 たいせき
V
{\displaystyle \mathbb {V} }
的 てき 閉曲面 めん ,
d
2
r
{\displaystyle \mathrm {d} ^{2}\mathbf {r} }
是 ぜ 微小 びしょう 面 めん 向 むこう 量 りょう 元素 げんそ ,垂直 すいちょく 於
S
{\displaystyle \mathbb {S} }
從 したがえ 體積 たいせき 內朝外 がい 指出 さしで 。
應用 おうよう 散 ち 度 たび 定理 ていり ,將 はた 這方程式 ほうていしき 寫 うつし 為 ため
I
=
−
∫
V
∇
⋅
J
d
3
r
{\displaystyle I=-\int _{\mathbb {V} }\nabla \cdot \mathbf {J} \ \mathrm {d} ^{3}r}
。
總 そう 電荷 でんか 量 りょう
Q
{\displaystyle Q}
與 あずか 體積 たいせき
V
{\displaystyle \mathbb {V} }
內的電荷 でんか 密度 みつど
ρ ろー
{\displaystyle \rho }
的 てき 關係 かんけい 為 ため
Q
=
∫
V
ρ ろー
d
3
r
{\displaystyle Q=\int _{\mathbb {V} }\rho \ \mathrm {d} ^{3}r}
。
電荷 でんか 守恆 もりつね 要求 ようきゅう ,流入 りゅうにゅう 體積 たいせき
V
{\displaystyle \mathbb {V} }
的 てき 淨 きよし 電流 でんりゅう ,等 とう 於體積 たいせき
V
{\displaystyle \mathbb {V} }
內總電荷 でんか 量 りょう
Q
{\displaystyle Q}
的 てき 變 へん 率 りつ :
d
Q
d
t
=
I
=
∫
V
∂
ρ ろー
∂
t
d
3
r
{\displaystyle {\frac {\mathrm {d} Q}{\mathrm {d} t}}=I=\int _{\mathbb {V} }{\frac {\partial \rho }{\partial t}}\ \mathrm {d} ^{3}r}
。
所以 ゆえん ,
∫
V
∂
ρ ろー
∂
t
+
∇
⋅
J
d
3
r
=
0
{\displaystyle \int _{\mathbb {V} }{\frac {\partial \rho }{\partial t}}+\mathbf {\nabla } \cdot \mathbf {J} \ \mathrm {d} ^{3}r=0}
。
對 たい 於任意 にんい 體積 たいせき
V
{\displaystyle \mathbb {V} }
,上述 じょうじゅつ 方程式 ほうていしき 都 と 成立 せいりつ 。所以 ゆえん ,可 か 以將被 ひ 積 せき 式 しき 提 つつみ 取出 とりで 來 らい :[ 17]
∂
ρ ろー
∂
t
+
∇
⋅
J
=
0
{\displaystyle {\frac {\partial \rho }{\partial t}}+\nabla \cdot \mathbf {J} =0}
。
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