关于对电荷的重新认识

刘洪

摘 要： 我们知道电是一种自然物质，是一種能量。在中国，古人认为电是阴气与阳气相激而生成的，在古籍《论衡》一书曾有关于静电的记载，当琥珀或玳瑁经摩擦后，便能吸引轻小物体，也记述了丝绸摩擦起电的现象。

关键词： 电荷;能量;认识

【中图分类号】O4-0 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.34.146

18世纪时西方开始探索电的种种现象，美国科学家富兰克林认为电是一种没有重量的流体，存在于所有物体之中。当物体得到比正常分量多的电就称为带正电，若少于正常分量，就被称为带负电，所谓“放电”就是正电流向负电的过程。

1752年富兰克林在一个风筝实验中，将风筝用金属线放到云层中，末端系上钥匙，被雨淋湿的金属线将空中的闪电引到手指和钥匙之间，证明了空中的闪电与地面存在的电是同一种。

为了搞清自然界中到底存在几种电荷，人们做了以下实验并得出结论：人们把跟绸子摩擦过的玻璃棒间相互排斥，把跟毛皮摩擦过的橡胶棒之间也相互排斥，这一事实使人们认识到，同种电荷相互排斥，而跟绸子摩擦过的玻璃棒与跟毛皮摩擦过的橡胶棒相互吸引，这一事实使人们认识到跟绸子摩擦过的玻璃棒与跟毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电不相同，且异种电荷相互吸引。

人们还发现：凡是与绸子摩擦过的玻璃棒相互吸引的带电体，必定与毛皮摩擦过的橡胶棒相互排斥【该带电体跟绸子摩擦过的玻璃棒带电的种类不同就带有跟毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷种类相同】，凡是与毛皮摩擦过的橡胶棒相吸引的带电体必定与跟绸子摩擦过的玻璃棒相互排斥【该带电体跟毛皮摩擦过的橡胶棒带电的种类不同就跟绸子摩擦过的玻璃所带的电荷种类相同】。

人们进一步发现：带有等量电荷的跟绸子摩擦过的玻璃棒与跟毛皮摩擦过的橡胶棒放在一起，它们对外不显现带电的性质【电荷中和了】。

人们通过以上现象从而得出一个现代科学界公认的结论：自然界中除了正电荷和负电荷外，不可能有第三种电荷。于是，人们就规定：被绸子摩擦过的玻璃棒带的电荷叫做正电荷，被毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫做负电荷。

人们在上面的实验里，由于我们看不到电荷，也摸不到电荷，我们就只能通过电荷表现的一些可以看得见的现象来认识了解电荷，被绸子摩擦过的玻璃棒与被毛皮摩擦过的橡胶棒之间的相互吸引，我们通过看到的现象总结出：被绸子摩擦过的玻璃棒带上了正电荷，被毛皮摩擦过的橡胶棒带上了负电荷，但我们忽视了此时被绸子摩擦过的玻璃棒与被毛皮摩擦过橡胶棒已不是原来的玻璃棒和橡胶棒，它们此时是玻璃棒及其表面与自由电荷【这里指通过摩擦产生的电荷，以下相同】的组合体和橡胶棒及其表面与自由电荷的组合体，那么此时玻璃棒与橡胶棒之间的相互吸引现象以及玻璃棒与玻璃棒之间，橡胶棒与橡胶棒之间的相互排斥现象就不能仅仅当作是正电荷与负电荷之间，正电荷与正电荷以及负电荷与负电荷之间力的相互作用上，为了方便以示意图【玻璃棒上正电荷和橡胶棒上的负电荷用点电荷表示】加以论述。

【1】如果经摩擦过的玻璃棒和经摩擦过的橡胶棒之间只是正电荷和负电荷如图1所示的力的作用，那么就应只是两种电荷的吸引而相互靠近，而此时的玻璃棒和橡胶棒就应没有相互吸引，而实际现象并非如此，从而说明这里正负电荷这种力的作用与事实不符。

【2】如果两根经摩擦过的玻璃棒之间只是正电荷与正电荷如图2所示的力的作用，那应只是正电荷进入玻璃棒或沿玻璃棒表面正电荷与正电荷彼此远离而两根玻璃棒之间就应没有相互排斥，而实际现象并非如此，从而说明这里正电荷这种力的作用与事实不符。

【3】如果两根经摩擦过的橡胶棒之间只是负电荷与负电荷如图3所示的力的作用，那应也是负电荷进入橡胶棒或沿橡胶棒表面负电荷与负电荷彼此远离而两根橡胶棒之间就应没有相互排斥，而实际现象并非如此，从而说明这里负电荷这种力的作用与事实不符。

【4】每根经摩擦过的玻璃棒表面的正电荷单个电荷之间由于同种电荷互相排斥，那么正电荷之间就彼此远离而不可能在玻璃棒表面积聚，而事实并非如此;同样每根经摩擦过的橡胶棒表面的负电荷单个电荷之间也会由于同种电荷互相排斥，那么负电荷之间就会彼此远离也不可能在橡胶棒表面积聚，而事实并非如此。

通过以上的分析可以得出：自然界并非有正电荷与负电荷，而是只有一种电荷，只是电荷有正负两极，同极相互排斥，异极相互吸引，正极我们用“+”表示，负极我们用“-”表示，为了方便以下示意图【玻璃棒和橡胶棒上自由电荷用点电荷表示】通过对自由电荷的力的作用反过来证明自然界只有一种电荷的存在。

【1】如图（1）所示经摩擦过的玻璃棒表面上的自由电荷之间正负极可并联以及串联叠加积聚在玻璃棒表面上，而在玻璃棒表面积聚许多自由电荷，自由电荷负极吸引玻璃棒的表面上对外不显示，反向对外显示正极;同理经摩擦过橡胶棒表面上自由电荷之间正负极可并联以及串联叠加积聚在橡胶棒表面上，而在橡胶棒表面积聚许多自由电荷，自由电荷正极吸引橡胶棒的表面上对外不显示，反向对外显示负极。

【2】如图（2）所示经摩擦过的玻璃棒表面上积聚的自由电荷有两极，负极吸引玻璃棒表面上对外不显示，反方向对外显示正极，通过自由电荷的力的相互作用，此时转化为玻璃棒对外显示正极;被摩擦过的橡胶棒表面上积聚的自由电荷也有两极，正极吸引橡胶棒表面上对外不显示，反向对外显示负极，通过自由电荷的力的相互作用，此时转化为橡胶棒对外显示为负极。此时玻璃棒对外显示的正极与此时橡胶棒对外显示的负极相互吸引，带动了玻璃棒与橡胶棒之间的相互吸引，这种自由电荷的力的相互作用与实际现象相符。

【3】如图（3）所示经摩擦过的玻璃棒表面上积聚的自由电荷有两极，负极吸引玻璃棒表面上对外不显示，反向对外显示正极，通过自由电荷的力的相互作用，此时转化为玻璃棒对外显示正极。两根这样的玻璃棒都外显示正极，同极相互排斥，带动了两根玻璃棒之间的相互排斥，这种自由电荷的力的相互作用与实际现象相符。

【4】如图（4）所示经摩擦过的橡胶棒表面上积聚的自由电荷有两极，正极吸引橡胶棒表面上对外不显示，反向对外显示负极，通过自由电荷力的相互作用，此时转化为橡胶棒对外显示负极。两根这样的橡胶棒都对外显示负极，同极相互排斥，带动了两根橡胶棒之间的相互排斥，这种自由电荷的力的相互作用与实际现象相符。

以上自由电荷的力的相互作用与真实现象相符，证明自然界只有一种电荷，电荷有正负两极，同极相互排斥，异极相互吸引。我们把一个苹果分开，把一根铁丝从中折断，把小麦磨成面粉，这些外力实质是克服因正负极的吸引把固定在分子与分子或原子与原子之间的电荷，转变成可以转移或流动的自由电荷。转变的自由电荷有的与空气中水分子结合转移到天空，无数的自由电荷的积集在天空形成自由电荷场，在一定条件下形成天空的雷电;有的在地球的自转而产生的向心力的作用下通过地面转移到地球内部，无数的自由电荷积聚在地球内部形成自由电荷场，在一定条件下形成地震或火山。

电、磁可以相互转化，说明电和磁有某种内在的联系，磁铁实质是一部分固定在磁体内部的电荷正负极通过原子、分子并联、串联在一起对外不显电性，而是对外显示了磁力的正负极。自然界只有一种磁铁，与电荷一样磁铁有正负两极，同极相互排斥，异极相互吸引。自然界找不到正磁铁和负磁铁，进一步证明了自然界只有一种电荷。固定电荷按与原子核的距离即能量等级可分为强固定电荷和弱固定电荷，物体由分子、原子、电子等微粒组成，物质分子之间，原子之间，化学键之间都是靠电荷的正负极的相互吸引把微粒固定积聚在一起的，电荷一般固定连接在化学键之间、原子之间、分子之间，所以不论微观物体，还是宏观物体都对外一般不显电性，对外一般显示合力即万有引力。电荷形成的场也就相应形成强相互作用力、弱相互作用力、电磁力、万有引力四种基本力的不同表现形式，电荷在宇宙中无处不在，无时不有，电荷不会孤立存在，它只会和其它物质微粒紧密联系在一起构成微观、宏观物体以至宇宙天体。

参考文献

[1] 带电体的电势及场强求解方法[J].黄开智.物理之友.2015（11）.

[2] 带电体吸引轻小物体的物理模型[J].李茂.中国现代教育装备.2011（04）.