电荷与电量.PDF

268 高中選修物理(上) 乾燥的天氣，當孩童從溜滑梯滑下時，孩童 在 的頭髮末端常會豎起（圖 6-1 ）；將塑膠尺與身上 的乾燥衣服摩擦幾次，尺就能吸引小紙片，這些 都是容易見到的靜電效應。早在西元前六世紀， 希臘人就知道摩擦後的琥珀可以吸引小物體。但 直到 1600 年，才有英國人吉爾伯特（William Gilbert, 1544 - 1603 ）發表有系統的研究成果，他 圖 6-1 當孩童從溜滑梯上溜下， 衣服與塑膠滑梯之間相互摩擦產生 稱這種現象為摩擦帶電（ triboelectrification ），而 靜電使頭髮末端相互排斥而豎起。 「電」這個名字便一直沿用至今。 1785 年，法國人庫侖（Charles Coulomb, 1736 - 1806 ）利用所發明的扭秤作實 驗，發現了靜止電荷間交互作用力的關係。此後，靜電學理論開始有了較大的進 展，到十九世紀初，靜電學的理論可以說已相當完備。因為對電的性質及其知識了 解得愈清楚，我們愈能妥善地利用電來促進生活中的便利。本章將介紹靜電的基本 知識，並舉例說明靜電原理的應用。 電荷與電量 原本不帶電的塑膠吸管，用布料摩擦後 便帶電了，且可以吸引小紙片（圖 6-2 ）。 在圖 6-3 中，用布料摩擦原本不帶電的塑膠 絲，因為摩擦後塑膠絲彼此間 的電性相同， 所以會相互排斥；若是將兩個電性相反的物 體靠近，則會相互吸引。 1747 年，美國人 富蘭克林（Benjamin Franklin, 1706 - 1790 ） 首先將帶電物體區分為正、負電兩種，例 如，玻璃棒用絲絹摩擦後，玻璃棒上帶「正 圖 6-2 帶電的塑膠吸管吸引紙片。 電荷」，絲絹則帶「負電荷」。 第 6 章 靜電學 269 (a) (b) (c) 圖 6-3 電性相同的塑膠絲會相互排斥： (a)不帶電的塑膠絲受重力作用呈現下垂狀； (b)用布料摩擦塑膠絲； (c)摩擦後帶同性電的塑膠絲彼此排斥。 隨著二十世紀近代物理學的革命性進展，我們瞭解組成物質的原子是由原 子核和核外的電子所構成，原子核由帶正電的質子與不帶電的中子組成。原子 核質量較大且不易移動；而電子帶負電，質 量很小且容易移動。原來電中性的甲、乙兩 物體互相摩擦時，兩物體的原子獲得能量， 若甲物體的電子脫離束縛而轉移到乙物體 上，如圖 6-4 所示，則乙物體獲得電子而帶 負電，而甲物體因為失去電子而帶正電，這 就是物體摩擦後能帶電的原理 。此外，因為 甲、乙兩物體形成的系統與外界沒有任何電 荷的轉移，所以甲物體與乙物體總是產生等 圖 6-5 相互摩擦後，甲物體失去電 子而帶正電，乙物體獲得電子而帶負 量的異性電，也就是系統內的總電量是不變 電。圖中藍色粒子代表電子。 的，此稱為電荷守恆（charge conservation ）。 270 高中選修物理(上) 根據 SI 制，電量的單位稱為庫侖（coulomb ，符號記為C ）。從實驗測量 中可知質子與電子所帶的電量均為 1.6 × 10 － 19 庫侖。若物體內的質子與 電子數目不相等，則物體具有電性，稱為帶電體。帶電體所攜電量必為 1.6 × 10 － 19 庫侖的整數倍，將 1.6 × 10 － 19 庫侖稱為自然界中電量的基本單位 e ，即e ＝1.6 ×