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电荷守恒定律

发布时间:1970-01-01

电荷守恒定律

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电荷守恒定律            电荷守恒定律
                  电荷守恒定律相关公式                                                              点电荷与电平板的电场线分布

        在物理学里,电荷守恒定律(law of charge conservation)是一种关于电荷的守恒定律。电荷守恒定律有两种版本,“弱版电荷守恒定律”(又称为“全域电荷守恒定律”)与“强版电荷守恒定律”(又称为“局域电荷守恒定律”)。[1]弱版电荷守恒定律表明,整个宇宙的净电荷量保持不变,不会随着时间的演进而改变。注意到这定律并没有禁止,在宇宙这端的某电荷突然不见,而在宇宙那端突然出现。强版电荷守恒定律明确地禁止这种可能。强版电荷守恒定律表明,在任意空间区域内电荷量的变化,等于流入这区域的电荷量减去流出这区域的电荷量。对于在区域内部的电荷与流入流出这区域的电荷,这些电荷的会计关系就是电荷守恒。

定量描述,这强版定律的方程乃是一种连续方程:

    Q(t2) = Q(t1) + QIN − QOUT ;

其中,Q(t) 是在时间 t 某设定体积内的电荷量,QIN 、QOUT 是在时间间隔 [t1,t2] 内分别流入与流出这设定体积的电荷量。

上述两种守恒定律建立于一个基础原则,即电荷不能独自生成与湮灭。假设带正电粒子接触到带负电粒子,两个粒子带有电量相同,则因为这接触动作,两个粒子会变为中性,这物理行为是合理与被允许的。一个中子,也可以因贝塔衰变,生成带正电的质子、带负电的电子与中性的反中微子。但是,任何粒子,不可能独自地改变电荷量。物理学明确地禁止这种物理行为。更仔细地说,像电子、质子一类的亚原子粒子会带有电荷,而这些亚原子粒子可以被生成或湮灭。在粒子物理学里,电荷守恒意味着,在那些生成带电粒子的基本粒子反应里,虽然会有带正电粒子或带负电粒子生成,在反应前与反应后,总电荷量不会改变;同样地,在那些湮灭带电粒子的基本粒子反应里,虽然会有带正电粒子或带负电粒子湮灭,在反应前与反应后,总电荷量绝不会改变;

虽然全域电荷守恒定律要求宇宙的总电荷量保持不变,到底总电荷量是多少仍旧是有待研究问题。大多数迹象显示宇宙的电荷量为零,即正电荷量与负电荷量相同。

电荷守恒定律是物理学的基本定律之一 。它指出,对于一个孤立系统,不论发生什么变化 ,其中所有电荷的代数和永远保持不变。电荷守恒定律表明,如果某一区域中的电荷增加或减少了,那么必定有等量的电荷进入或离开该区域;如果在一个物理过程中产生或消失了某种电荷,那么必定有等量的异号电荷同时产生或消失。
要使物体带电,可利用摩擦起电、接触起电、静电感应、(感应起电)、光电效应等方法。物体是否带电,通常可用验电器来检验。物体带电实际上是得失电子的结果。这意味着电荷不能离开电子、质子而存在。电荷乃是电子、质子等微观粒子所具有的一种属性。
由摩擦起电和其他起电过程的大量实验事实表明,一切起电过程其实都是使物体上正、负电荷分离或转移的过程中,在这种过程中,电荷既不能消灭,也不能创生,只能使原有的电荷重新分布。由此就可以总结出电荷守恒定律:一个孤立系统的总电荷(即系统中所有正、负电荷之代数和)在任何物理过程中始终保持不变。所谓孤立系统,就是指它与外界没有任何相互作用的系统,电荷守恒定律也是自然界中一条基本的守恒定律,在宏观和微观领域中普遍适用。
电荷守恒定律:电荷是物质的属性,它不是凭空产生或消失,只能从一个物体转移到另一个物体上,或者从物体的部分转移到另一部分,这就是电荷守恒定律。这一点类似于动量定理。电荷守恒定律是物理学中重要的基本定律之一。
也可以表述为,在一个没有净电荷出入其边界的系统,其中正负电荷电量的代数和保持不变。

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