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FHSST 物理/静电学/电荷

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静电学
定义 - 电荷 - 静电力 - 电场 - 电势 - 重要方程和量

我们周围的所有物体(包括人!)都包含大量的电荷。电荷可以是负的或正的,以库仑 (C) 为单位测量。通常,物体包含相同数量的正电荷和负电荷,因此其影响并不明显,物体被称为带电中性。但是,如果产生少量的不平衡(即物体上一种类型的电荷比另一种类型多一点),则称该物体带电。

一些相当有趣的例子说明了当一个人带电时会发生什么,例如当您用塑料梳子梳头时,头发就会竖起来!另一个例子是,当你快速走过尼龙地毯,然后触摸金属门把手时,你会感到轻微的电击(或者你可以触碰你的朋友,然后给他们一个轻微的电击!)。

电荷还有另外 3 个重要属性。

  • 电荷总是守恒的。电荷就像能量一样,不能被创造或毁灭。
  • 电荷以离散包的形式存在。电荷的最小单位是由一个电子携带的,称为基本电荷 e,按照惯例,它具有负号()。
  • 带电物体之间会施加静电力。同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。

“电子”一词来自希腊语中的琥珀!古希腊人观察到,如果你摩擦一块琥珀,

你可以用它来拾取稻草。(吸引的静电力!)

你可以很容易地通过一个非常简单的实验来验证同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。拿一根玻璃棒,用一块丝绸摩擦它,然后用一根绳子从中间悬挂起来,使其可以自由移动。如果你然后把另一根以相同方式充电的玻璃棒靠近它,你会看到绳子上的玻璃棒远离你手中的玻璃棒,即它被排斥了。然而,如果你拿一根塑料棒,用一块毛皮摩擦它,然后把它靠近绳子上的玻璃棒,你会看到绳子上的玻璃棒转向你手中的塑料棒,即它被吸引了!

实际上发生的是,当你用丝绸摩擦玻璃时,少量负电荷从玻璃转移到丝绸上,导致玻璃上的负电荷少于正电荷,使其带正电。当你用毛皮摩擦塑料棒时,你将少量负电荷转移到塑料棒上,因此它上面带负电荷多于正电荷,使其带负电

导体和绝缘体

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一些材料允许电荷载流子相对自由地通过它们(例如大多数金属、自来水、人体),这些材料被称为导体。其他不允许电荷载流子通过它们的材料(例如塑料、玻璃)被称为非导体或绝缘体。

另外:如上所述,电荷的基本单位,即基本电荷 e,是由电子携带的。在导电材料(例如铜)中,当原子键合形成材料时,一些最外层、松散结合的电子会从各个原子中分离出来,因此能够自由移动。这些电子携带的电荷可以在材料中移动!在绝缘体中,几乎没有自由电子,因此电荷无法在材料中移动。

如果在绝缘体上放上过量的电荷,它会留在放置的地方,并且在物体上的那个区域会集中电荷。然而,如果在导体上放上过量的电荷,同种电荷会相互排斥并在物体表面扩散。当两个导体接触时,它们上面的总电荷在两者之间共享。如果两个导体相同,那么每个导体都会剩下总电荷的一半。

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