第三节 正电荷与负电荷
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2021年01月30日 04:28
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第三节
正电荷与负电荷
每个原子里都含有带正 电的质子和带负电的电子，那么，岂不是所有物质都带电了吗？是的，一切
物质都含有电，这并不奇怪， 只是一般情况下，原子里的质子数和电子数总是相同，一个质子带一个正
电荷，一个电子带一个负电荷， 正电量与负电量相同，而性质相反，所以相互抵消了电性，物体在平时
对外就不显示电性，这叫做电中性 。
1.
带电体的产生
在某些情况下，却会让物体带 电，改变原来的电中性状态。比如，我们用丝绸去反复地摩擦玻璃棒
几下（图
1
），这根玻璃棒可以吸引一些较小的纸屑（图
2
）
。究其原因，是每种物质的原子对 最外层电子
的束缚力有所不同，用丝绸摩擦玻璃棒时，玻璃棒上的一些电子会转移到丝绸上，少了电子的 玻璃棒，
会由原来的电中性，变为带电体，可以吸引一些轻微的东西，比如纸屑、毛发等等。
电子带负电，质子带正电，那么，失去电子的玻璃棒，电子数就会少于质子数，负电量小于正电量，玻璃棒就对外显示正电的特性。玻璃棒失去的那些电子去了那里呢？转移到了丝绸上，所以此时的丝绸
也成了带电体，但是，丝绸由于多了电子，负电量大于正电量，就对外显示带负电的特性。
图
1
图
2
假如用毛皮去反复的摩擦橡胶棒，橡胶棒里的原子对电子的束缚力大于毛皮，毛 皮上的一些电子就
会向橡胶棒转移，从而使橡胶棒带上了多余的负电荷，我们说，橡胶棒带上了负电。当 然，失去电子的
毛皮就带上了正电，图
3
形象的示出了这个过程。
图
3
在上面的实验中，我们了解到，物体当上负电或正电，都是电子的转移引起的， 这些带负电荷的电
子是看不见摸不着的“隐形者”
，从这个物体转移到另外的物体，使得物体由 此带电。实际上，一般情况
下，都是该物体的最外层电子的转移现象，就是我们前面讲过的受原子核的束 缚力最弱的那个最外层的
电子发生了转移，而不是其他层的电子发生了转移现象，更不是质子发生了转移 现象。电荷不会凭空产
生，只是从这个物体转移到另一个物体，也没有凭空消失，正负电荷的 总量没有发生任何改变，这叫电
荷守恒定律。
在上面的试验中，实验材料 橡胶棒、丝绸等，这些物质的原子里面的最外层电子，在没有摩擦以前，
只是做些无规则的热运动，在反 复的摩擦过程中，就会变为“自由电子”
，从某个物体“定向”地转移到
另一个物体。
不过，大家不要太争纠一些名词、术语，做热运动的最外层电子，虽然看似“无规则”
，其实都 要受
到原子里的原子核的束缚力，在这个受力的范围内做无规则的运动，当由于某种原因使得电子摆脱了 这
个束缚力，就成为了自由电子。但是，在一些电子学著作的叙述中，金属导体里原子的最外层电子，在
正常情况下也会称为“自由电子”
，比如这样的叙述：
“这些自由电子做无规则的热运 动”
，这种叙述也没
什么不可以。大家学习电子学，要善于从本质上来掌握知识。
那些毛皮或橡胶棒，丝绸或玻璃棒，无论是失去电子还是获得了多余的电子形成的带电体，正 负电
荷都比较安静的存在于其中，我们说，该物体带上了静电，这些电荷称为静电荷。实际上，我们平时 就
会接触并感知静电的存在，比如，用尼纶柄做的梳子梳头后，这把梳子也会变得可以吸引细小的、轻微
的物体。我们冬天穿的毛衣，在晚上脱下时会由于摩擦发出放电的火花，并且伴随噼噼啪啪的声响；夏< br>天的雷雨天气，那些骇人的雷电，就是天空中的云彩之间相互摩擦带上了大量的电荷，对大地表面的放电。诸如此类的现象，都是静电的放电现象，简称静电现象。
2.
电子转移的奥妙
并不是所有的两种物质产生了摩擦，就都会发生电子转移的现象，那 么，那些物质之间容易发生电
子转移的现象，成为带电体呢？
原来，每种原子对最外 层电子的束缚的本领有差异，用束缚电子的本领有显著差异的两种物质相互
摩擦，就容易产生电子转移的 现象，不言而喻，束缚本领大的总是获得电子成为带负电的带电体，束缚
本领小的容易失去电子就会成为 带正电的带电体。一些常见物质束缚电子的本领，由弱到强例举如下：
毛皮＜玻璃＜云母＜羊毛＜尼纶＜ 丝绸＜橡胶＜金属＜松香。
3.
正负电荷的特性：同性相斥，异性相吸
如果手持一根带正电的玻璃 棒，靠近一个悬挂着的同样带正电的玻璃棒，这根悬挂着的玻璃棒会偏
向一边，好像受到手持玻璃棒的一 个无形的推力，如图
4a
所示。同样带负电的橡胶棒靠近时，也会发生
这种现象，如图
4b
所示。但是，当一根带负电的橡胶棒和带正电的玻璃棒靠近时，玻璃棒会主动的去偏
向橡胶棒，马上吸引在一起，如图
4c
所示。
图
4
我们继续用小球做实验，象图
5
那样，会发现同样的现象：同种电荷相互排 斥，异种电荷相互吸引，
这就是电荷定律。电荷只有两种，要么是正电荷，要么是负电荷。一个正电荷与 一个负电荷的电量是一
样的，只是性质相反。一个电子所带的电量是微不足道的，在上面的试验中，会有 无数个电子发生转移
18
现象，电学中用库仑这个单位来度量电荷的多少，规定
6 .24
×
10
个电子所带的电量，是
1
库仑，库仑
的符号用
Q
或
q
表示，这是为了纪念科学家库仑先生，库仑就是电量的单位。所谓 电量，就是指一个物
体带上了多少个电荷，数出某带电体上有多少个额外获取的电子数目是不可能的，我 们一般根据带电体
的对外显示的作用效果，来判断带电量的多少。可以想象，效果越明显、越强大，该物 体所带的电量就
越多，雷雨季节的天空上的带了大量电荷的云彩，放电时可以把一棵数劈断，这不是一把 梳子由于摩擦
头发获取的电量产生的效果可以比较的。
图
5
4.
电场的概念
在上面的实验中，我们看到，那些带电体即使还没有充分的 接触，就产生了力的作用——要么趋向
于吸引，要么产生排斥，这说明，带电体之间通过周围的空间就可 以产生相互的作用。科学研究认为，
在电荷的周围空间存在一种特殊的物质——虽然看不见摸不着，但是 真实的存在，电荷通过这种物质来
传递电的作用，这种物质，称为电场。也可以认为，两个电荷之间的相 互作用，就是一个电荷产生的电
场，对另外一个电荷的作用。
在电子学中，我们说某 一物体带上了正电荷或负电荷，无论带上了多少个正电荷或负电荷，我们都
可以描述为：此物体带上了正 电或负电，是正电体或负电体。在电子学上，一个带电体，或者说一个电
荷，都看做一个“点电荷”来研 究。一个质子或者一个带正电的物体，都可以看做是一个正的点电荷；
一个电子，或者说一个带负电的物体，都可以看做一个负的点电荷。
我们一般用“< br>+
”号表示一个正电荷，或一个带正电的带电体，用“
-
”号表示一个负电荷， 或一个
正的带电体。点电荷在一个电场中所受到的作用力，叫做电场力，用符号
F
表示 ，单位是牛顿。电场力
的大小与该点电荷所带的电量成正比，两个或多个电荷之间产生的这种电场力，就 是通过电场来传递的，
即使电荷之间没有接触，也会产生力的作用。电场力可以让物体产生运动，比如上 面的实验中，玻璃棒
把纸屑吸引起来，等等。假如玻璃棒上所带的电荷越多，那么，那些纸屑就会被吸引 的越多，而且吸引
的速度也会变快，这就是“电场力与电量成正比”的意思。
那么， 产生了多大的作用力呢？怎么去度量呢？“电场强度”这个名词，就是用来描述电荷受到
“多
大 的作用力”以及电荷的受力方向的一个概念。不过，我们这里不去更为深入的讲解。
我们也经常会用到“电场线”的概念来描述电场，这样比较直观，图
6
示出一个带正电的小球 和一
个带负电的小球之间产生的电场，那些线条，就是所谓的“电场线”
。