物理科課程 物質的起電方式

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電荷是自然界的基本屬性，它包含了兩種類型(或極性): 正電和負電。「正電」是質子所攜帶的極性；「負電」是電子所攜帶的極性，在可測量的範圍內，電子的電荷大小與質子的電荷大小相等。通常情況下，原子具有相同數量的電子和質子，從而呈現電中性。這種電荷平衡使大多數物體處於中性狀態。當物體帶有正電時，其質子的數量必須多於電子；而當物體帶有負電時，其電子的數量必須多於質子。

電荷之間的力量

電性相反的電荷總是相互吸引，而同性的電荷則通常相互排斥。在元素層面上，電荷總是互相排斥，即電子相互排斥，質子也相互排斥。然而，在宏觀物體層面上，由於不均勻的電荷分佈，兩個整體具有相同電性的物體之間可能產生吸引力，甚至可能使帶電物體與中性物體之間產生吸引力

起電方式

所有起電的過程都涉及電子從一個物體轉移至另一個物體，要使物體帶正電，它必須失去一些電子；要使物體帶負電，它必須獲得一些電子

(1)摩擦起電

當兩個由不同的絕緣材質製成的中性物體相互摩擦時，通常會有一個物體從另一個物體獲得電子。根據電荷守恆定律，電子的總數始終保持不變，因此電子只能從一個物體轉移到另一個物體，而不會產生新的電子或消失。總體來說，這兩個物體放在一起時的淨電荷為零

(2)接觸起電

當帶電物體接觸中性物體時，可能產生電荷轉移，導致原本中性的物體帶電。這種現象在「導體」中會更加明顯

(3)感應起電

任何物體中的電子和質子對會對電力的吸引或排斥做出反應。當帶電體靠近中性物體時，會對物體中的質子和電子產生作用，使它們相互遠離。這導致物體一側變得比原本更帶正電，另一側則更帶負電。此時的物體處於極化狀態，表示兩側帶有不同的電性，即使整體而言該物體是中性的。

此時，如果一個導體接觸了極化物體，電荷就會發生轉移，如果隨後移除導體，則原本極化物體將攜帶與初始帶電體電性相反的淨電荷。

例如，觀察從(圖1a)開始的流程圖，此為中性的球狀導體。在(圖1b)中，帶負電的物體漸漸靠近中性的球狀導體，使其產生極化現象，圖中也顯示另了一個橢圓狀導體(尚未參與過程)。在(圖1c)中，橢圓狀導體接觸了極化的球狀導體，由於帶負電物體的排斥力，使一些負電荷轉移至橢圓狀導體。在(圖1d)中，橢圓狀導體被移除，帶走了一些負電荷，並於球狀導體上留下了淨正電荷。在(圖1e)中，帶負電的物體已被移除，球狀導體上的電荷重新分佈，但是總淨電荷為正 (請注意我們忽略了橢圓狀導體的極化)

法拉第冰桶

你將使用法拉第冰桶結合電荷感應器(圖2)，「冰桶」是內部導電網狀圓柱體，被稱為冰桶是有歷史原因的。外部的網狀圓柱體是「屏蔽罩」，它有助於最大限度地減少冰桶外部電荷的干擾。

在此配置中，當電荷Q放置於冰桶內部但不接觸冰桶時，冰桶的外表面上會感應出電荷，從而產生由感應器測量的電壓V。V與Q呈正比

實驗設備與材料

• PS-3240 無線電荷感應器
• ES-9042A 法拉第冰桶
• ES-9057C 電荷產生器與驗電板
• SPARKvue軟體

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