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探秘微觀世界:電荷的起源與物體帶電的微觀本質
PHYS1003C-PEP-CNLesson 1
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宇宙萬物堅實的外表之下,潛藏著一個永不停歇的電性世界。物體帶電的本質,並非憑空創造了電荷,而是物質內部微觀粒子平衡的破壞

+金屬鍵微觀模型自由電子海中的正離子+金屬離子(陽離子)自由電子

1. 電荷的微觀載體

原子由帶正電的原子核和帶負電的電子組成。在金屬導體中,原子的一部分外層電子脫離束縛,成為可在金屬內部「海洋」中穿行的自由電子,而失去電子的原子則變成固定在晶格節點上的離子

2. 起電的物理圖景

  • 摩擦起電:不同物質對電子的束縛能力不同。摩擦時,電子從束縛力弱的物體轉移到束縛力強的物體,使雙方分別帶上等量的異種電荷。
  • 感應起電:利用靜電感應(Electrostatic induction),使導體內的自由電荷在外部電場作用下重新分佈。靠近帶電體的一端感應出異種電荷,遠離端感應出同種電荷。

3. 電荷的度量

我們用電荷量(Electric quantity) 來描述物體所帶電荷的多寡,其國際單位是庫侖(C)。利用驗電器(Electroscope),我們可以透過箔片的張角大小,定性地觀察物體帶電的強弱。記住,電荷之間遵循「同性相斥,異性相吸」的永恆法則。