宇宙中所有物质本质上都由原子构成。原子由质子、中子和电子组成。质子带正电,电子带负电,中子不带电。一个原子包含一定数量的电子、质子和中子。如果电子数等于质子数,则原子的总电荷为零,这样的原子是电中性的。如果电子数大于质子数,则原子电子过剩,带负电。如果电子数大于质子数,则原子质子过剩,带正电。
所有物质基本上都由原子构成。因此,如果构成物体的原子中电子数与质子数相等,那么该物体不带电荷,呈电中性。反之,如果构成物体的原子中电子数多于质子数,那么该物体带负电荷。同样地,如果构成物体的原子中电子数少于质子数,那么该物体带正电荷。
日常生活中遇到的许多物体本质上都是电中性的。然而,这些物体可以被带电。将电中性物体变为带电物体可以通过摩擦或感应来实现。在之前的电荷实验中,我们解释了如何通过与其他物体摩擦使电中性物体带电。在感应带电实验中,我们也讨论了如何通过感应使电中性物体带电。在摩擦法中,待带电物体与另一个物体接触;而在感应法中,待带电物体无需接触,只需靠近另一个带电物体即可。
原本中性的塑料在与干燥的毛皮或毛发摩擦后会带电。塑料带电的证据是,两根先前用干燥毛皮或毛发摩擦过的塑料棒会相互排斥。这两根塑料棒相互排斥是因为它们都带了相同的电荷。正如在“电荷”主题中解释的那样,根据本杰明·富兰克林(1706-1790)的建议,塑料带的电荷被确定为负电荷。塑料带负电是因为塑料中的电子总数大于质子数。最初,塑料是中性的,因此可以得出结论,塑料目前多余的电子来自干燥的毛皮或毛发。在塑料与毛皮或毛发摩擦的过程中,毛皮或毛发中的电子转移到塑料上。毛皮最初是中性的,因此当其电子转移到塑料上时,毛皮缺少电子,而质子过剩。毛皮质子过剩,因此毛皮带正电。摩擦后,塑料带负电,毛皮带正电。
从毛皮转移到塑料的电子数与塑料失去的电子数相同。摩擦后,塑料的电子过剩,因此带负电;而毛皮的电子减少,因此带正电。塑料的净电荷等于电子数减去质子数。同样,羽毛的净电荷等于质子数减去电子数。摩擦过程中既没有电荷损失,也没有电荷产生,发生的是电荷转移。塑料带负电,羽毛带正电。因此,电荷是永恒存在的。
电荷守恒定律 电荷守恒定律指出,在封闭系统中,电荷既不会凭空产生,也不会凭空消失,只会从一个物体转移到另一个物体。当一个物体带正电时,另一个物体同时带负电,两个物体的净电荷量相等。上述封闭系统可以用以下图示来说明。例如,当塑料和毛皮相互摩擦时,假设电荷转移只发生在塑料和毛皮之间,因此只有毛皮和塑料相互作用。但实际上,我们周围存在空气,因此空气当然也参与了塑料和毛皮之间的摩擦过程。即使考虑空气,电荷守恒定律仍然适用于塑料、毛皮和空气。例如,如果摩擦后塑料带了5个负电荷,毛皮带了3个负电荷,那么周围的空气也带了2个负电荷。因此,这三个相互作用的物体之间的总电荷量为零。如果只有塑料和毛皮相互作用,当塑料带上 5 个单位的负电荷时,毛皮带上 5 个单位的正电荷,因此塑料和毛皮的总电荷为零。2、3 或 5 个单位的电荷只是示例。实际上,电荷量并没有那么多,而是电子或质子电荷的倍数。请仔细研究这个主题。 电荷 为了帮助你更好地理解物体所带电荷量。