第2章：电压、电流和电阻

2.2 电荷

电子是最小的带负电荷的粒子。当物质中存在过量的电子时，该物质就带负的电荷；当电子不足时，就带正的净电荷。电子和质子的电荷量相等，但极性相反。

• 电荷：电荷是由于物质中电子过剩或不足而存在的电学性质，用字母Q表示。
• 静电：静电是指物质中净的正电荷或负电荷的一种表现。每个人都受过静电的影响，例如，当你试图触摸金属表面或另一个人时，又或当烘干机里的衣服黏在一起的时候。
• 电场强度：被测电荷所受的力除以所带电荷量，电场强度是一个适量，这意味着它同时有方向和大小。
• 极性相反的电荷相互吸引，极性相同的电荷相互排斥。
  
• 库仑定律：两个点电荷$Q_1$和$Q_2$之间存在一个力$F$，该力与两电荷所带电荷量的乘积成正比，与两电荷之间的距离$d$的平方成反比。

2.1.1 库伦：电荷的单位

• 电荷Q的多少是以库伦为单位来计算的，库伦的符号为C。
• 1库伦等于$6.25\times 10^{18}$个电子所带的电荷总量。
• 1库伦是非常大的电荷量。一个电子所带的电荷仅为$1.6\times 10^{-19}\mathrm{C}$，对于给定数目的电子，其所带电荷量可表示为（以库伦为单位）：
  $$\mathrm{Q}=\frac{电子总数目（个）}{6.25\times 10^{18}/\mathrm{C}}$$

2.1.2 正电荷与负电荷

考虑一个中性原子，也就是说它有相同数量的电子和质子，没有净电荷。当一个价电子由于能量的作用从原子中被抽离时，原子就会带一个正的净电荷（质子数多于电子数），变成正离子。如果一个原子在它的最外层获得一个额外的电子，它就带一个负的净电荷，变成负离子。
释放出一个价电子所需的能量与价电子层中电子的数量有关。一个原子最多可以有8个价电子，价电子层越完整，原子就越稳定，因此需要更多的能量来移除一个电子。图2-7说明了当一个氢原子把它的单个价电子让给一个氯原子形成气态氯化氢（HCl）时，正离子和负离子的形成过程。当气态氯化氢溶于水时，就形成盐酸。

【例】$93.8\times 10^{16}$个电子代表多少库伦电荷？
【解】$\mathrm{Q}=\frac{电子总数目（个）}{6.25\times 10^{18}/\mathrm{C}}=\frac{93.8\times 10^{16}}{6.25\times 10^{18}/\mathrm{C}}=（约等于）15\times 10^{-2}\mathrm{C}=0.15\mathrm{C}$

课后习题

（1）电荷的符号是什么？
答：Q
（2）电荷的单位是什么？此单位的符号是什么？
答：电荷的单位是库伦，此单位的符号是C
（3）正电荷和负电荷是如何产生的？
答：正电荷是由于失去若干最外层电子（价电子）产生的，负电荷是由于获得若干最外层电子（价电子）产生的。
（4）$10\times 10^{12}$个电子有多少库伦的电荷？
答：$\mathrm{Q}=\frac{电子总数目（个）}{6.25\times 10^{18}/\mathrm{C}}=\frac{10\times 10^{12}}{6.25\times 10^{18}/\mathrm{C}}=0.16\times 10^{-5}\mathrm{C}=1.6\times 10^{-6}\mathrm{C}=1.6\mu \mathrm{C}$