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基本电荷

基本电荷又称“基本电量”或“元电荷(elementary charge)”。在各种带电微粒中,电子电荷量的大小是最小的,人们把最小电荷叫做元电荷,也是物理学的基本常数之一,常用符号e表示。基本电荷e=1.602176565(35) ×10-19库仑,(通常取e=1.6×10-19C)。是一个电子或一个质子所带的电荷量。任何带电体所带电荷都是e的整数倍或者等于e。(夸克除外,它是已知唯一的基本电荷非整数的粒子)

元电荷的精确测量

美国实验物理学家罗伯特安德鲁密立根(Robert Andrews Millikan,1868~1953)设计了油滴实验:将两块水平放置的金属板分别与电源正、负极相接,使两块金属板带上异种电荷。用喷雾器喷出带电油滴,带电油滴进入两平板之间时,调节电压使油滴电场力、重力平衡,由此就可以求出油滴所带电荷量。

1910年,他第三次作了改进,使油滴可以在电场力与重力平衡时上上下下地运动,而且在受到照射时还可看到因电量改变而致的油滴突然变化,从而求出电荷量改变的差值;1913年,他得到电子电荷的数值:e=(4.774±0.009)×10-10esu,(通常取e=1.6×10-19C)这样,就从实验上确证了元电荷的存在。他测得的精确值最终结束了关于对电子离散性的争论,并使许多物理常数的计算达到较高的精度。

密立根由于测量电子电荷量等方面的杰出成就而荣获1923年诺贝尔物理学奖。

基本电荷 的属性

最初引起人们对电感兴趣的经验事实是通过两个绝缘体<如:毛皮和琥珀>进行摩擦而是摩擦一者产生吸引和排斥碎小物体<如纸屑>的现象,这首先是作为人们日常生活中的一种经验事实而被人们认识和感知的。人们对于电的本性的认识首先归之于人们的经验事实是不过分的。

对电现象本质的认识是在几百年前就已经开始了,但是对电现象的定性认识乃至一百五十年前对电现象定量的分析,直到现代物理学中场论中对电的相互作用过程的认识理解上,除了对电本身的属性归之于吸引和排斥之外,并没有使电本身的属性有多少改变.吸引和排斥两大特点,已是经验事实所不能否认的电在相互作用过程中所表现的基本属性特点之一。

从最初引起吸引和排斥现象的两个带电体,到采用微观分析的方法将形成吸引和排斥两种不同的电的作用归之于相互作用的两种基本电荷间的作用,这是人类对电的本性的认识大大推进了一步。所建立的电现象间相互作用的途径电荷间的相互作用。无疑是一个至关重要非常伟大的一个哲学思想。

沿着这一途径,电荷间的相互作用逐渐被人们所采用定量分析的方法对电荷本身的属性进行确定,比较有名的是库仑的扭秤试验,他从微观到宏观建立了电荷相互作用确定的量与量之间的关系。将电荷对外作用除了这种经验事实之外,对电荷间这种相互作用的规律起决定性作用的还存在两个哲学思想。反映在经验事实的检验上就是“一个导体,当放在一个闭合中空导体的内部并和它接触时,将失去其所有的电荷。”

所谓电荷的量子化指的是任何带电体的的电量只能取分立、不连续的量值的性质。那么也就是说任何带电体的电量都是基本元电荷的整数倍。 密立根的实验证明了微小粒子的带电量不是连续变化的,电荷量总是某个元电荷的整数倍,电荷量遵循量子变化规律。

1964年盖尔曼等人提出的夸克模型认为,质子和中子等,分别由具有-1/3e和2/3e的夸克组成,这表明,目前,电荷必然是e/3的整数倍。这也被实验所证实。这虽不是元电荷的整数倍,但它依然是量子化的!

一种哲学观念是守恒的观念,它假设电荷对外的作用在通过以电荷为球心的不同球面上,其电的作用总量不变。

另一种哲学观念是电荷对外的作用过程中在空间中延伸是作用采用均分的原则,即张量的属性。(在空间延伸时的特点)

对库仑定律进行检验的事实确立了如上两个方法和原则。同时也说明,传统的物理学对静电场中的描述规律也间接来源于这两个哲学观念。


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