電荷守恆定律

宇宙中所有物質本質上都由原子構成。原子由質子、中子和電子組成。質子帶正電,電子帶負電,中子不帶電。一個原子包含一定數量的電子、質子和中子。如果電子數等於質子數,則原子的總電荷為零,這樣的原子是電中性的。若電子數大於質子數,則原子電子過剩,帶負電。如果電子數大於質子數,則原子質子過剩,帶正電。

所有物質基本上都由原子組成。因此,如果構成物體的原子中電子數與質子數相等,則該物體不帶電荷,呈電中性。反之,如果構成物體的原子中電子數多於質子數,那麼該物體帶負電荷。同樣地,如果構成物體的原子中電子數少於質子數,則該物體帶正電荷。

日常生活中遇到的許多物體本質上都是電中性的。然而,這些物體可以被帶電。將電中性物體變成帶電物體可以透過摩擦或感應來實現。在先前的電荷實驗中,我們解釋瞭如何透過與其他物體摩擦來使電中性物體帶電。在感應帶電實驗中,我們也討論瞭如何透過感應使電中性物體帶電。在摩擦法中,待帶電物體與另一個物體接觸;而在感應法中,待帶電物體無需接觸,只需靠近另一個帶電物體即可。

原本中性的塑膠在與乾燥的毛皮或毛髮摩擦後會帶電。塑膠帶電的證據是,兩根先前用乾燥毛皮或毛髮摩擦過的塑膠棒會互相排斥。這兩根塑膠棒互相排斥是因為它們都帶了相同的電荷。正如在“電荷”主題中解釋的那樣,根據本傑明·富蘭克林(1706-1790)的建議,塑膠帶的電荷被確定為負電荷。塑膠帶負電是因為塑膠中的電子總數大於質子數。最初,塑膠是中性的,因此可以得出結論,目前塑膠多餘的電子來自乾燥的毛皮或毛髮。在塑膠與毛皮或毛髮摩擦的過程中,毛皮或毛髮中的電子轉移到塑膠上。毛皮最初是中性的,因此當其電子轉移到塑膠上時,毛皮缺少電子,而質子過剩。毛皮質子過剩,因此毛皮帶正電。摩擦後,塑膠帶負電,毛皮帶正電。

從毛髮轉移到塑膠的電子數與塑膠失去的電子數相同。摩擦後,塑膠的電子過剩,因此帶負電;毛髮的電子減少,因此帶正電。塑膠的淨電荷等於電子數減去質子數。同樣,羽毛的淨電荷等於質子數減去電子數。摩擦過程中既沒有電荷損失,也沒有電荷產生,發生的是電荷轉移。塑膠帶負電,羽毛帶正電。因此,電荷是永恆存在的。
電荷守恆定律 電荷守恆定律指出,在封閉系統中,電荷既不會憑空產生,也不會憑空消失,只會從一個物體轉移到另一個物體。當一個物體帶正電時,另一個物體同時帶負電,兩個物體的淨電荷量相等。上述封閉系統可以用以下圖示來說明。例如,當塑膠和毛皮相互摩擦時,假設電荷轉移只發生在塑膠和毛皮之間,因此只有毛皮和塑膠相互作用。但實際上,我們周圍存在著空氣,因此空氣當然也參與了塑膠和毛皮之間的摩擦過程。即使考慮空氣,電荷守恆定律仍然適用於塑膠、毛皮和空氣。例如,如果摩擦後塑膠帶了5個負電荷,毛皮帶了3個負電荷,那麼周圍的空氣也帶了2個負電荷。因此,這三個相互作用的物體之間的總電荷量為零。如果只有塑膠和毛皮相互作用,當塑膠帶上 5 個單位的負電荷時,毛皮帶上 5 個單位的正電荷,因此塑膠和毛皮的總電荷為零。 2、3 或 5 個單位的電荷只是例子。實際上,電荷量並沒有那麼多,而是電子或質子電荷的倍數。請仔細研究這個主題。 電荷 為了幫助你更好地理解物體所帶電荷量。

 

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