电荷与库仓定律、电荷守恒定律

  电荷与库仓定律

  自然界一切电磁现象都起源于物质具有电荷属性，电现象起源于电荷，磁爽象起源于电荷运动，所以“电荷”概念是电磁学中的第一个重要概念.

  电荷与电荷守恒定律

  人类对电现象的认识开始于摩擦起电.早在2500多年前，人们发现用琥珀(一种矿物化了的树脂)同毛皮摩擦之后具有吸引轻小物体(如毛发、羽毛等)的性质. 后来又发现，除琥珀外，硫磺、水晶、金刚石、橡胶棒、玻璃棒等同毛皮或丝绸摩擦后，都有这种吸引轻小物体的性质，经摩擦后的物体具有吸引轻小物体的性质，就说这物体带了电，或者说物体上有了电荷，带电荷物体称为带跑体，带电体上所带电荷的数量称为电量.使物体带电称为起电，通过摩擦方法使物体带电称为摩擦起电.

  实验指出任何两个带电体之间都有相互作用力，经毛皮摩擦过的两根橡胶棒之间有相互排斥力，经丝绸摩擦过的两根玻璃棒之间也有相互排斥力，这表明带同种性质电荷的物体间存在斥力.经毛皮摩擦过的橡胶棒与经丝绸摩擦过的疲璃棒之间的作用力是引力而不是斥力，这表明它们所带电荷的电性不同.大量实验表明，任何带电体同用丝绸摩擦过的玻璃棒之间的作用力不是斥力就是引力，而且同这玻璃棒相排斥的带电体，同用毛皮摩擦过的橡胶棒一定相吸引，同玻璃棒相吸引的带电体，同橡胶棒一定排斥，这表明自然界的电荷就其电性质而论，只有两种电荷，不是与丝绸摩擦过的玻璃棒上电荷同性质的电荷，就是与毛皮摩擦过的橡胶棒上电荷同性质的电荷.1747年，美国科学家富兰克林(B.Franklin)把自然界中与丝绸摩擦过的玻璃棒上电荷性质相同的电荷称为正电荷，与毛皮摩擦过的橡胶棒上电荷性质相同的电荷称为负电荷，这种对自然界两种电荷的命名一直沿用至今，为区分这两种电荷，习惯上把正电荷的电量用正数值表示，负电荷的电量用负数值表示.

  以上对电荷的讨论比较笼统，电荷到底是什么是物质的一种属性，还是不依附于任何物体而独立存在的东西用近代物理学的观点来看，电荷是一些基本粒子(如电子、质子、μ±子、π±介子等)的一种属性，自然界不存在不依附于任何物体的“单独电荷”这种东西.通过摩擦或静电感应方法之所以会使宏观物体显示出带电性质，是由于各种宏观物体都是由原子(或分子)组成的，而原子是由带负电荷的电子和由带正电荷的质子与不带电荷的中子组成的原子核所构成的. 正常原子中，原子核内的质子数与核外电子数相等，而每个质子所带正电荷电量与电子所带负电荷电量的绝对值(用符号e表示)相等，所以一个原子内的正、负电荷电量的绝对值相等，对外其正、负电性相消，加之宏观物体内分子热运动的进一步均匀搅拌，正常的宏观物体对外呈现出不带电的电中性状态. 通过摩擦或静电感应，会使宏观物体内部电子转移到另一宏观物体上，或使宏观物体上带负电荷的电子的均匀分布状态遭到破坏，这样有过剩电子的宏观物体(或宏观物体部分区域)对外呈现带负电性质，而缺少电子的宏观物体(或宏观物体部分区域)对外显示出带正电性质. 这就是宏观物体带电的情景.

  上面已讲到，电荷是带电基本粒子的一种属性.实验上又发现所有带电基本粒子的电荷电量都是电子电荷电量绝对值e的正、负整数倍.而e的精确值实验测得为

  e = 1.6021892(46)×10-19C

  所以自然界任何宏观带电体所带电荷电量的最小变化量为e，即带电体电量的改变是一份一份地增加或减小，每一份的电量值为e，这称为电荷的量子化. 电量e对宏观电磁测量仪器来说是太小了，以至于e电量对宏观测量带来的影响无法察觉，所以在以研究宏观电磁现象规律为其内容的经典电磁学中，一般不考虑电荷的量子化，任何宏观带电体的电量变化量△g宏观上仍可看做是连续变化的随意小量.