大学物理之电荷守恒定律

§7-1电荷守恒定律库仑定律

一．电荷及其基本性质

所谓电荷，就是带电的物质微粒。电荷不能脱离物体而单独存在，带电是物质的一个基本属性。电量是带电体所带电荷的多少。

1．电荷的种类：美国物理学家富兰克林首次以正、负电荷命名至今。电荷分正负两种类型。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。宏观带电体所带电荷种类不同根源在于组成它们的微观粒子所带电荷种类不同：电子带负电、质子带正电、中子不带电。

电子带电电荷集中在半径小于的体积内，比较而言，电子可看成没有内部结构的有质量和电荷的点。

2．电荷的相对论不变性。带电体的电量不随带电体的运动状态改变而改变，即相对于不同的参考系，同一个带电体的电量是相同的。简单地说，就是电荷与运动状态无关。

3．电荷的量子化。宏观物体带电的根源在于微观粒子带电：电子带负电，质子带正电，中子不带电。大量事实表明，任何带电体的电量都不是无限可分的，即电荷只能是一份一份存在的，都是一最小电荷基本单元的整数倍。电荷的最小基本单元（基本电荷）是，这也是一个电子或质子所带电量的大小。

4．电量的单位是库仑，，。库仑是

个很大的单位，如两电量的点电荷相距为时的作用力。（相当于90万吨，这种力量足以压碎一栋大楼）

5．电荷守恒定律

人们总结了大量的实验事实，得到了如下的结论：不论进行任何物理过程，都只能使电荷从一个物体转移到另一物体，或从物体的一部分转移到另一部分。当一种电荷出现时，必有等量的异号电荷同时出现；当一种电荷消失时，必有等量的异号电荷同时消失。也就是说，在一个孤立的系统内，不论进行怎样的物理过程，电量的代数和（净电荷）始终保持不变。这个结论叫做电荷守恒定律。

注意：电荷是可以产生和消失的。（如正负电子对的湮没和产生）

二．库仑定律

1．点电荷

所谓点电荷，是指这样的带电体，它本身的几何线度比起所研究问题的范

围要小得多，其几何形状和电荷的分布情况对问题的研究已无关紧要，这样的带电体就可以抽象成一个几何的点，叫做点电荷。点电荷是一个相对的概念。

2．库仑定律

、之间的相互作用力大

两点电荷

小为。写成矢量式，所受

的力为

（7—1）

时，与同向，表现为斥力；时，与反向，

表现为引力。

在以后的学习中，常应用库仑定律的导出式，导出式中常常有这个因子，很

，则

不方便。为了以后的方便，令

（7—2）

，叫做真空的介电常量（或电容率）。

注意：

（1）库仑定律仅适用于真空中的点电荷。

（2）库仑力满足力的叠加原理，即两点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变，。