§10-1 电荷的量子化及电荷守恒定律
原子是电中性的,原子核中的中子不带电、质子带正电、核外电子带负电,并且所带电量的绝对值相等。自然界中有两种电荷:正电荷、负电荷。
一、电荷(charge)
密立根( )用液滴法测定了电子电荷,电子是自然界中存在的最小负电荷, 1986年的推荐值为:e = 177 33×10-19 C
电荷量子化是个实验规律。
实验证明微小粒子带电量的变化是不连续的,它只能是元电荷 e 的整数倍, 即粒子的电荷是量子化的: Q = n e ; n = 1, 2 , 3,…
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自然界中的微观粒子有几百种,其中带电粒子所具有的电荷数均为+e 或-e 的整数倍。因此电荷量子化是普遍的量子化规律。现代实验结果证明电荷量子化具有相当高的精度。
在近代物理中发现强子(如质子、中子、介子等)是由夸克(quark)构成的,夸克所带电量为e的1/3或2/3。但是到目前为止还没有发现以自由状态存在的夸克。电量的最小单元不排除会有新的结论,但是电量量子化的基本规律是不会变的。
在相对论中物质的质量会随其运动速率而变化,但是实验证明一切带电体的电量不因其运动而改变,电荷是相对论性不变量。
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二、库仑定律(Coulomb law)
在真空中两个相对于观察者静止的点电荷之间的相互作用力的大小与它们所带电量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比,方向沿两电荷的连线,同号相斥,异号相吸。
库仑力满足牛顿第三定律
其中为q1 指向q2 的矢量
设q2 受到 q1 的作用力为F12 则:
当q2 与q1 异号时, F12 与r12 方向相反
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是国际单位制中的比例系数
称为真空电容率或真空介电常量。
自然界存在四种力:强力
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