檢驗電荷是一個理想化的物理模型。其作用是檢驗電場的強弱和電勢的高低。
基本介紹
- 中文名：檢驗電荷
- 又名：試探電荷
- 試驗類型：理想化的物理模型
- 作用：檢驗電場的強弱和電勢的高低等
簡介,特點,歷史,靜電,點電荷,束縛電荷與自由電荷,粒子的電荷,參見,
簡介
電荷的周圍存在電場，為了描述一個已經存在的電場，必須要利用電場的一個基本性質：對放入電場的電荷有力的作用。於是要插入能檢驗電場的電荷，檢驗電荷就是描述電場的時候引入的理想電荷。
檢驗電荷是一個理想化的物理模型。其作用是檢驗電場的強弱和電勢的高低。
特點
1、帶電量足夠小，對原電場（包括電場的強弱、電場線的分布、電勢的高低）的影響可以忽略；
2、體積足夠小，只有這樣才可以用它來確定空間各點的電場性質；
3、檢驗電荷一般都未表明正負，因為檢驗電荷的正負並不是原則問題。但是為了統一研究，一般規定其為正電荷。
4、從概念上看點電荷和檢驗電荷的關係：檢驗電荷一定是點電荷，而點電荷不一定是檢驗電荷。
歷史
吉爾伯特首先發明的靜電驗電器（versorium）是一種可以偵測靜電電荷的驗電器。當帶電物體接近金屬指針的尖端時，因為靜電感應，異性電荷會移動至指針的尖端，指針與帶電物體會互相吸引，從而使得指針轉向帶電物體。
1600年，英國醫生威廉·吉爾伯特，對於電磁現象做了一個很仔細的研究。他指出琥珀並非唯一經過摩擦時會產生靜電的物質，並且區分出電與磁不同的屬性。他撰寫了第一本闡述電和磁的科學著作《論磁石》。吉爾伯特創建了新拉丁語的術語“electricus”（類似琥珀，從“ήλεκτρον”，“elektron”，希臘文的“琥珀”），意指摩擦後吸引小物體的性質。這聯結給出了英文字“electric”和“electricity”，最先出現於1646年，湯瑪斯·布朗（Thomas Browne）的著作《Pseudodoxia Epidemica》（英文書名《Enquries into very many received tenets and commonly presumed truths》）。隨後，於1660年，科學家奧托·馮·格里克發明了可能是史上第一部靜電發電機（electrostatic generator）。他將一個硫磺球固定於一根鐵軸的一端，然後一邊旋轉硫磺球，一邊用乾手摩擦硫磺球，使硫磺球產生電荷，能夠吸引微小物質。
史蒂芬·戈瑞（Stephen Gray）於1729年發現了電傳導，電荷可以從一個物質傳導至另外一個物質。只有一些物質會傳導電荷，其中，金屬的能力最為優良。從此，科學家不再認為產生電荷的物體與所產生的電荷是不可分離的，而認為電荷是一種獨立存在的物質，在那時被稱為電流體(electric fluid)。1733年，查爾斯·琽費（Charles du Fay）將電分為兩種，玻璃電和琥珀電。這兩種電會彼此相互抵銷。當玻璃與絲巾相摩擦時，玻璃會生成玻璃電；當琥珀與毛皮相摩擦時，琥珀會生成琥珀電。這理論稱為電的雙流體理論。使用一根帶電絲線，就可以知道物質到底擁有玻璃電還是琥珀電。擁有玻璃電的物質會排斥帶電絲線；擁有琥珀電的物質會吸引帶電絲線。
在十八世紀，走在電學最前端的專家非班傑明·富蘭克林莫屬。他認為電的單流體理論比較正確。他想像電儲存於所有物質里，並且通常處於平衡狀態，而摩擦動作會使得電從一個物體流動至另一個物體。例如，他認為累積的電是儲存於萊頓瓶的玻璃，用絲巾摩擦玻璃使得電從絲巾流動至玻璃。這流動形成了電流。他建議電量低於平衡的物體載有負的電量，電量高於平衡的物體載有正的電量。他任意地設定玻璃電為正電，具有多餘的電；而琥珀電為負電，缺乏足夠的電。同時期，威廉·沃森也達到同樣的結論。1747年，富蘭克林假設在一個孤立系統內，總電荷量恆定，這稱為電荷守恆定律。
十八世紀後期，在數量方面對於電的研究開始有實質的發展。1785年，使用查爾斯·庫侖與約瑟夫·普利斯特里分別獨立發明的扭秤（torsion balance），庫侖證實了普利斯特里的基本定律：載有靜態電荷的兩個物體之間感受的作用力與距離成平方反比。這奠定了靜電的基本定律。
1897年，劍橋大學卡文迪許實驗室的約瑟夫·湯姆孫觀察到陰極射線會因為電場或磁場而偏轉，他推論陰極射線是由帶負電的粒子所組成，後來稱為電子。從陰極射線的偏轉，他計算出電子的電荷質量比，因此獲得了1906年的諾貝爾物理學獎。
1904年，湯姆森創立了原子的梅子布丁模型：原子的結構被類比於梅子布丁，負電荷（梅子）分散於正電荷的圓球（布丁）。這模型被歐尼斯特·盧瑟福的盧瑟福散射實驗於1909年推翻。盧瑟福又提出盧瑟福模型：大多數的質量和正電荷，都集中於一個很小的區域（原子核）；電子則包圍在原子核區域的外面。
1909年，美國物理學家羅伯特·密立根做了一個著名實驗，稱為油滴實驗，可以準確地測量出電子的電荷量。湯姆孫和學生約翰·湯森德（John Townsend）使用電解的離子氣體來將過飽和水蒸氣凝結，經過測量帶電水珠粒的電荷量，也得到了相似結果。於1911年，亞伯蘭·約費（Abram Ioffe）使用帶電金屬微粒，獨立地得到同樣的結果。
靜電
假設在平衡狀況，某物體的總電量不等於零，也就是說，這物體帶有正電荷或負電荷，則稱此物體帶有靜電。這方面的問題屬於靜電學領域。琥珀在經過用貓毛摩擦後，能夠吸引輕小物體，這現象稱為的靜電現象。這是負電荷從貓毛轉移到琥珀後，所呈現的電性。當兩個處於電勢不相等的物體相互接觸在一起，就會發生另外一種靜電現象，稱為靜電放電，使得一個物體的電荷流動至另一個物體，從而促成電勢相等。雷電是一種比較劇烈的靜電放電。在大自然中，因為雲層累積的正負電荷劇烈中和，會產生雷電和其所伴隨的電光、雷聲、熱量。
點電荷
帶電粒子時常被稱為電荷，但電荷本身並非粒子，只是為了方便描述，可以將它想像成粒子。帶電量多者稱為具有較多電荷。處於一外電場的帶電粒子，其所感受到的外電場的庫侖力相依於其帶電量。
點電荷是帶電粒子的理想模型。真正的點電荷並不存在，只有當帶電粒子之間的距離超大於粒子的尺寸，或是帶電粒子的形狀與大小對於彼此相互施加的作用力的影響能夠被忽略時，可稱此帶電體為“點電荷”。
束縛電荷與自由電荷
有時候，雖然物體的總電量等於零，電荷分布可能會不均勻（例如，因為存在著外電場）。對於這狀況，這物質稱為電極化物質。束縛電荷是由於電極化而出現的電荷，束縛於原子內部。與束縛電荷明顯不同，自由電荷是從外部置入的額外的電荷，不被束縛於原子內部。帶電粒子朝著某方向的運動形成了電流，特別是在金屬內部運動的電子。
粒子的電荷
在粒子物理學中，許多粒子都帶有電荷。電荷在粒子物理學中是一個相加性量子數，電荷守恆定律也適用於粒子，反應前粒子的電荷之和等於反應後粒子的電荷之和，這對於強相互作用、弱相互作用、電磁相互作用都是嚴格成立的。
反粒子帶有的電荷與對應粒子帶有的電荷，電量相同，電性相異。夸克帶有非整數電荷，不是-e/3，就是2e/3；但是科學家從未觀察到單獨夸克的存在（這事實可以用漸近自由（Asymptotic freedom）的理論來解釋）。
參見
- 摩擦起電效應（triboelectric effect）
