關(guān)于對電荷的重新認(rèn)識

劉洪

摘?要： 我們知道電是一種自然物質(zhì)，是一種能量。在中國，古人認(rèn)為電是陰氣與陽氣相激而生成的，在古籍《論衡》一書曾有關(guān)于靜電的記載，當(dāng)琥珀或玳瑁經(jīng)摩擦后，便能吸引輕小物體，也記述了絲綢摩擦起電的現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞： 電荷;能量;認(rèn)識

【中圖分類號】O4-0?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A?【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.34.146

18世紀(jì)時西方開始探索電的種種現(xiàn)象，美國科學(xué)家富蘭克林認(rèn)為電是一種沒有重量的流體，存在于所有物體之中。當(dāng)物體得到比正常分量多的電就稱為帶正電，若少于正常分量，就被稱為帶負(fù)電，所謂“放電”就是正電流向負(fù)電的過程。

1752年富蘭克林在一個風(fēng)箏實驗中，將風(fēng)箏用金屬線放到云層中，末端系上鑰匙，被雨淋濕的金屬線將空中的閃電引到手指和鑰匙之間，證明了空中的閃電與地面存在的電是同一種。

為了搞清自然界中到底存在幾種電荷，人們做了以下實驗并得出結(jié)論：人們把跟綢子摩擦過的玻璃棒間相互排斥，把跟毛皮摩擦過的橡膠棒之間也相互排斥，這一事實使人們認(rèn)識到，同種電荷相互排斥，而跟綢子摩擦過的玻璃棒與跟毛皮摩擦過的橡膠棒相互吸引，這一事實使人們認(rèn)識到跟綢子摩擦過的玻璃棒與跟毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電不相同，且異種電荷相互吸引。

人們還發(fā)現(xiàn)：凡是與綢子摩擦過的玻璃棒相互吸引的帶電體，必定與毛皮摩擦過的橡膠棒相互排斥【該帶電體跟綢子摩擦過的玻璃棒帶電的種類不同就帶有跟毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷種類相同】，凡是與毛皮摩擦過的橡膠棒相吸引的帶電體必定與跟綢子摩擦過的玻璃棒相互排斥【該帶電體跟毛皮摩擦過的橡膠棒帶電的種類不同就跟綢子摩擦過的玻璃所帶的電荷種類相同】。

人們進一步發(fā)現(xiàn)：帶有等量電荷的跟綢子摩擦過的玻璃棒與跟毛皮摩擦過的橡膠棒放在一起，它們對外不顯現(xiàn)帶電的性質(zhì)【電荷中和了】。

人們通過以上現(xiàn)象從而得出一個現(xiàn)代科學(xué)界公認(rèn)的結(jié)論：自然界中除了正電荷和負(fù)電荷外，不可能有第三種電荷。于是，人們就規(guī)定：被綢子摩擦過的玻璃棒帶的電荷叫做正電荷，被毛皮摩擦過的橡膠棒帶的電荷叫做負(fù)電荷。

人們在上面的實驗里，由于我們看不到電荷，也摸不到電荷，我們就只能通過電荷表現(xiàn)的一些可以看得見的現(xiàn)象來認(rèn)識了解電荷，被綢子摩擦過的玻璃棒與被毛皮摩擦過的橡膠棒之間的相互吸引，我們通過看到的現(xiàn)象總結(jié)出：被綢子摩擦過的玻璃棒帶上了正電荷，被毛皮摩擦過的橡膠棒帶上了負(fù)電荷，但我們忽視了此時被綢子摩擦過的玻璃棒與被毛皮摩擦過橡膠棒已不是原來的玻璃棒和橡膠棒，它們此時是玻璃棒及其表面與自由電荷【這里指通過摩擦產(chǎn)生的電荷，以下相同】的組合體和橡膠棒及其表面與自由電荷的組合體，那么此時玻璃棒與橡膠棒之間的相互吸引現(xiàn)象以及玻璃棒與玻璃棒之間，橡膠棒與橡膠棒之間的相互排斥現(xiàn)象就不能僅僅當(dāng)作是正電荷與負(fù)電荷之間，正電荷與正電荷以及負(fù)電荷與負(fù)電荷之間力的相互作用上，為了方便以示意圖【玻璃棒上正電荷和橡膠棒上的負(fù)電荷用點電荷表示】加以論述。

【1】如果經(jīng)摩擦過的玻璃棒和經(jīng)摩擦過的橡膠棒之間只是正電荷和負(fù)電荷如圖1所示的力的作用，那么就應(yīng)只是兩種電荷的吸引而相互靠近，而此時的玻璃棒和橡膠棒就應(yīng)沒有相互吸引，而實際現(xiàn)象并非如此，從而說明這里正負(fù)電荷這種力的作用與事實不符。

【2】如果兩根經(jīng)摩擦過的玻璃棒之間只是正電荷與正電荷如圖2所示的力的作用，那應(yīng)只是正電荷進入玻璃棒或沿玻璃棒表面正電荷與正電荷彼此遠(yuǎn)離而兩根玻璃棒之間就應(yīng)沒有相互排斥，而實際現(xiàn)象并非如此，從而說明這里正電荷這種力的作用與事實不符。

【3】如果兩根經(jīng)摩擦過的橡膠棒之間只是負(fù)電荷與負(fù)電荷如圖3所示的力的作用，那應(yīng)也是負(fù)電荷進入橡膠棒或沿橡膠棒表面負(fù)電荷與負(fù)電荷彼此遠(yuǎn)離而兩根橡膠棒之間就應(yīng)沒有相互排斥，而實際現(xiàn)象并非如此，從而說明這里負(fù)電荷這種力的作用與事實不符。

【4】每根經(jīng)摩擦過的玻璃棒表面的正電荷單個電荷之間由于同種電荷互相排斥，那么正電荷之間就彼此遠(yuǎn)離而不可能在玻璃棒表面積聚，而事實并非如此;同樣每根經(jīng)摩擦過的橡膠棒表面的負(fù)電荷單個電荷之間也會由于同種電荷互相排斥，那么負(fù)電荷之間就會彼此遠(yuǎn)離也不可能在橡膠棒表面積聚，而事實并非如此。

通過以上的分析可以得出：自然界并非有正電荷與負(fù)電荷，而是只有一種電荷，只是電荷有正負(fù)兩極，同極相互排斥，異極相互吸引，正極我們用“+”表示，負(fù)極我們用“-”表示，為了方便以下示意圖【玻璃棒和橡膠棒上自由電荷用點電荷表示】通過對自由電荷的力的作用反過來證明自然界只有一種電荷的存在。

【1】如圖（1）所示經(jīng)摩擦過的玻璃棒表面上的自由電荷之間正負(fù)極可并聯(lián)以及串聯(lián)疊加積聚在玻璃棒表面上，而在玻璃棒表面積聚許多自由電荷，自由電荷負(fù)極吸引玻璃棒的表面上對外不顯示，反向?qū)ν怙@示正極;同理經(jīng)摩擦過橡膠棒表面上自由電荷之間正負(fù)極可并聯(lián)以及串聯(lián)疊加積聚在橡膠棒表面上，而在橡膠棒表面積聚許多自由電荷，自由電荷正極吸引橡膠棒的表面上對外不顯示，反向?qū)ν怙@示負(fù)極。

【2】如圖（2）所示經(jīng)摩擦過的玻璃棒表面上積聚的自由電荷有兩極，負(fù)極吸引玻璃棒表面上對外不顯示，反方向?qū)ν怙@示正極，通過自由電荷的力的相互作用，此時轉(zhuǎn)化為玻璃棒對外顯示正極;被摩擦過的橡膠棒表面上積聚的自由電荷也有兩極，正極吸引橡膠棒表面上對外不顯示，反向?qū)ν怙@示負(fù)極，通過自由電荷的力的相互作用，此時轉(zhuǎn)化為橡膠棒對外顯示為負(fù)極。此時玻璃棒對外顯示的正極與此時橡膠棒對外顯示的負(fù)極相互吸引，帶動了玻璃棒與橡膠棒之間的相互吸引，這種自由電荷的力的相互作用與實際現(xiàn)象相符。

【3】如圖（3）所示經(jīng)摩擦過的玻璃棒表面上積聚的自由電荷有兩極，負(fù)極吸引玻璃棒表面上對外不顯示，反向?qū)ν怙@示正極，通過自由電荷的力的相互作用，此時轉(zhuǎn)化為玻璃棒對外顯示正極。兩根這樣的玻璃棒都外顯示正極，同極相互排斥，帶動了兩根玻璃棒之間的相互排斥，這種自由電荷的力的相互作用與實際現(xiàn)象相符。

【4】如圖（4）所示經(jīng)摩擦過的橡膠棒表面上積聚的自由電荷有兩極，正極吸引橡膠棒表面上對外不顯示，反向?qū)ν怙@示負(fù)極，通過自由電荷力的相互作用，此時轉(zhuǎn)化為橡膠棒對外顯示負(fù)極。兩根這樣的橡膠棒都對外顯示負(fù)極，同極相互排斥，帶動了兩根橡膠棒之間的相互排斥，這種自由電荷的力的相互作用與實際現(xiàn)象相符。

以上自由電荷的力的相互作用與真實現(xiàn)象相符，證明自然界只有一種電荷，電荷有正負(fù)兩極，同極相互排斥，異極相互吸引。我們把一個蘋果分開，把一根鐵絲從中折斷，把小麥磨成面粉，這些外力實質(zhì)是克服因正負(fù)極的吸引把固定在分子與分子或原子與原子之間的電荷，轉(zhuǎn)變成可以轉(zhuǎn)移或流動的自由電荷。轉(zhuǎn)變的自由電荷有的與空氣中水分子結(jié)合轉(zhuǎn)移到天空，無數(shù)的自由電荷的積集在天空形成自由電荷場，在一定條件下形成天空的雷電;有的在地球的自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的向心力的作用下通過地面轉(zhuǎn)移到地球內(nèi)部，無數(shù)的自由電荷積聚在地球內(nèi)部形成自由電荷場，在一定條件下形成地震或火山。

電、磁可以相互轉(zhuǎn)化，說明電和磁有某種內(nèi)在的聯(lián)系，磁鐵實質(zhì)是一部分固定在磁體內(nèi)部的電荷正負(fù)極通過原子、分子并聯(lián)、串聯(lián)在一起對外不顯電性，而是對外顯示了磁力的正負(fù)極。自然界只有一種磁鐵，與電荷一樣磁鐵有正負(fù)兩極，同極相互排斥，異極相互吸引。自然界找不到正磁鐵和負(fù)磁鐵，進一步證明了自然界只有一種電荷。固定電荷按與原子核的距離即能量等級可分為強固定電荷和弱固定電荷，物體由分子、原子、電子等微粒組成，物質(zhì)分子之間，原子之間，化學(xué)鍵之間都是靠電荷的正負(fù)極的相互吸引把微粒固定積聚在一起的，電荷一般固定連接在化學(xué)鍵之間、原子之間、分子之間，所以不論微觀物體，還是宏觀物體都對外一般不顯電性，對外一般顯示合力即萬有引力。電荷形成的場也就相應(yīng)形成強相互作用力、弱相互作用力、電磁力、萬有引力四種基本力的不同表現(xiàn)形式，電荷在宇宙中無處不在，無時不有，電荷不會孤立存在，它只會和其它物質(zhì)微粒緊密聯(lián)系在一起構(gòu)成微觀、宏觀物體以至宇宙天體。

參考文獻(xiàn)

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