摘要:原子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單位,在科學(xué)的不斷發(fā)展過(guò)程中,人們對(duì)原子有著越來(lái)越深刻的理解和認(rèn)識(shí)。原子由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成,兩者達(dá)到能量平衡是學(xué)界的一個(gè)基本常識(shí),然而原子是否帶有<兩種等量異號(hào)>電荷呢?本文就此論點(diǎn)在現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)中如何可以證明及其實(shí)踐意義做出探討和研究。 關(guān)鍵詞:原子, <兩種等量異號(hào)>電荷, 疊加靜電場(chǎng) 眾所周知,原子是化學(xué)變化中的最小微粒,并且在化學(xué)反應(yīng)中不可分割。原子由質(zhì)子、電子、中子組成。原子的質(zhì)量非常小,并且其質(zhì)量幾乎全部集中在原子核部分。原子核外是電子,電子分布于穩(wěn)定的軌道之中。原子在古希臘時(shí)期被用于哲學(xué)本體意義上的抽象概念,在后來(lái)人們認(rèn)識(shí)的不斷發(fā)展過(guò)程中,逐步演變成為科學(xué)的理論。然而,原子是否帶有<兩種等量異號(hào)>電荷,這個(gè)問(wèn)題需要我們加以研究和探討。 一、原子帶有<兩種等量異號(hào)>電荷的實(shí)驗(yàn)支持 我們知道,原子主要是由位于原子中心的原子核和核外的電子構(gòu)成,原子核帶有正電荷,核外電子帶有負(fù)電荷,原子核所帶的正電荷數(shù)量與核外電子所帶的負(fù)電荷數(shù)量相等,整個(gè)原子對(duì)外呈現(xiàn)電中性,由此,原子被認(rèn)為是一個(gè)不帶有電荷的粒子。根據(jù)以上理論,可以理解其數(shù)學(xué)表達(dá)式為: 原子核所帶的x個(gè)正電荷+核外電子所帶的x個(gè)負(fù)電荷=原子帶有O個(gè)電荷?! ? 針對(duì)上面的數(shù)學(xué)表達(dá)式,可能有人會(huì)問(wèn),既然原子既有帶正電的原子核,又有帶負(fù)電的核外電子,且兩者并存,那原子的表達(dá)式是否應(yīng)該是: 原子核所帶的x個(gè)正電荷+核外電子所帶的x個(gè)負(fù)電荷=原子帶有2x個(gè)電荷。 對(duì)比上述兩種表達(dá)式,你覺(jué)得哪一種更符合邏輯呢?在電磁世界里,有許多種現(xiàn)象反映出:原子雖然對(duì)外呈現(xiàn)電中性,但它是帶有<兩種等量異號(hào)>電荷的,且原子的周?chē)臻g里存在著由原子內(nèi)的正電荷與負(fù)電荷各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng)。以下列舉幾個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明: "原子帶有<兩種等量異號(hào)>電荷,原子的周?chē)臻g里存在著 由原子內(nèi)的正電荷與負(fù)電荷各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng)"在宏觀上的體現(xiàn) 實(shí)驗(yàn)1.真空二極管通電試驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程:一塊真空二極管在接入電路之前,,正極與負(fù)極相隔一定距離,其間并不存在由正極、負(fù)極產(chǎn)生的靜電場(chǎng)。當(dāng)對(duì)二極管進(jìn)行通電時(shí),正極與負(fù)極之間不會(huì)因?yàn)榇嬖诰嚯x、沒(méi)有靜電場(chǎng)的存在而使與它相連的電路成為斷路,反而隨著通電的瞬間,正極與負(fù)極之間頓然建立了電場(chǎng),使與其相連的電路成了通路。 實(shí)驗(yàn)思考:我們?cè)撛鯓永斫膺@個(gè)物理過(guò)程呢?通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以注意到:真空二極管在接上電路之前,正極與負(fù)極是存在距離的,且在通電之前,彼此間沒(méi)有靜電場(chǎng),當(dāng)真空二極管接上電路的剎那間,整個(gè)電路顯示出通路,那么問(wèn)題就產(chǎn)生了:正極與負(fù)極之間的空間是怎樣實(shí)現(xiàn)電路聯(lián)通的呢?如果設(shè)想:在真空二極管接入電路之前,正極與負(fù)極之間的空間存在某種“靜電場(chǎng)”,而這“靜電場(chǎng)”則是由正極、負(fù)極材料里原子中的正電荷和負(fù)電荷各自產(chǎn)生的疊加靜電場(chǎng)。那么當(dāng)真空二極管接入電路之后,由于正極與負(fù)極之間的空間存在著靜電性質(zhì)極不明顯的疊加靜電場(chǎng),這就使得這種“疊加靜電場(chǎng)”構(gòu)起了連接正極與負(fù)極之間的一座橋梁。由此可知,即使正極與負(fù)極相隔一定距離,但也無(wú)礙電路的聯(lián)通。 實(shí)驗(yàn)2.真空平行板電容器通電試驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程:一塊真空平行板電容器,正極板與負(fù)極板相隔一定距離,在接入電路的一瞬間,正極板與負(fù)極板之間建立了電場(chǎng),實(shí)現(xiàn)了電路的聯(lián)通。 實(shí)驗(yàn)思考:在真空平行板電容器的通電試驗(yàn)其原理和真空二極管是一樣的,都是在電路的正極與負(fù)極之間處于真空的情況下,對(duì)其通電之后也能使電路聯(lián)通。通過(guò)真空平行板電容器和真空二極管的通電試驗(yàn),都讓我們不禁深思,是否在電容器二極管的正負(fù)極之間存在著由正極負(fù)極材料里原子內(nèi)的正電荷與負(fù)電荷產(chǎn)生的疊加靜電場(chǎng),正是這種"疊加靜電場(chǎng)"的存在才使得正極負(fù)極相連接,才有了電路的聯(lián)通。這種現(xiàn)象和思考值得我們深入研究。 實(shí)驗(yàn)3.磁場(chǎng)產(chǎn)生原因的對(duì)比分析。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程:對(duì)由電場(chǎng)或運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)的幾種形式。 形式(1)平行板電容器充電、放電時(shí),我們可以發(fā)現(xiàn),在由兩極板上的正電荷、負(fù)電荷激發(fā)的靜電場(chǎng)存在的空間里,產(chǎn)生了磁場(chǎng).簡(jiǎn)言之,充電、放電的平行板電容器內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)。 形式(2)羅蘭實(shí)驗(yàn)。羅蘭把大量的電荷加在橡膠盤(pán)上,然后使盤(pán)繞軸高速轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在通過(guò)橡膠盤(pán)上的電荷激發(fā)的靜電場(chǎng)存在的空間里,產(chǎn)生了磁場(chǎng)。 形式(3)羅蘭實(shí)驗(yàn)的翻版。如果把大量的電荷加在一整條較長(zhǎng)的閉合銅線(xiàn)上,然后迫使帶電銅線(xiàn)在兩個(gè)(由絕緣體構(gòu)成的)定滑輪的牽引下作高速的移動(dòng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在由銅線(xiàn)上的電荷激發(fā)的靜電場(chǎng)存在的空間里,產(chǎn)生了磁場(chǎng)。 形式(4)當(dāng)一根閉合銅線(xiàn)里有電流通過(guò)時(shí),在銅線(xiàn)的周?chē)臻g里產(chǎn)生了磁場(chǎng)。 對(duì)比一下形式(3)與形式(4)里的兩根銅線(xiàn),我們會(huì)發(fā)現(xiàn),它們是有共同點(diǎn)的:同樣是一根載流銅線(xiàn)(前者載流借助機(jī)械力,后者載流借助電場(chǎng)力),同樣會(huì)在銅線(xiàn)的周?chē)臻g里產(chǎn)生磁場(chǎng)。唯一的不同點(diǎn)在于:對(duì)于帶有電荷的銅線(xiàn)而言,磁場(chǎng)產(chǎn)生于(由銅線(xiàn)上的電荷激發(fā)的)靜電場(chǎng)存在的空間里;對(duì)于不帶有電荷的銅線(xiàn),磁場(chǎng)則僅產(chǎn)生于銅線(xiàn)的周?chē)臻g里。在形式(4)里,如果設(shè)想在這根(內(nèi)部通有電流的)銅線(xiàn)的周?chē)臻g里,存在著(由銅線(xiàn)里原子內(nèi)的正電荷與負(fù)電荷各自產(chǎn)生的)疊加靜電場(chǎng),那么在形式(3)與形式(4)中所產(chǎn)生的兩種磁場(chǎng)的形式也就得到了統(tǒng)一。 實(shí)驗(yàn)思考:對(duì)于實(shí)驗(yàn)3的對(duì)比思考,我們可以做如下概述:靜電場(chǎng)激發(fā)磁場(chǎng)(兩者關(guān)系正如同"電荷激發(fā)靜電場(chǎng)"一樣).也就是說(shuō)在靜電場(chǎng)存在的前提下,才會(huì)激發(fā)磁場(chǎng)。如果沒(méi)有靜電場(chǎng)的存在,那么磁場(chǎng)是無(wú)論如何也不能激發(fā)的。從以上可以看出,激發(fā)磁場(chǎng)的必要條件。 實(shí)驗(yàn)4:原子晶體(絕緣體)的電極化。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程:把一塊由大量的碳原子所構(gòu)成的金剛石放入較強(qiáng)的電場(chǎng)中,金剛石內(nèi)部的每個(gè)碳原子則會(huì)形成電偶極子(最簡(jiǎn)單的一個(gè)電偶極子為由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子所構(gòu)成的原子即氫原子)。這時(shí),由大量整齊排列的電偶極子(碳原子)所構(gòu)成的金剛石在其相對(duì)的兩表面將分別產(chǎn)生等量的正負(fù)電荷,整個(gè)金剛石呈現(xiàn)出帶電屬性. 二, "原子帶有<兩種等量異號(hào)>電荷,原子的周?chē)臻g里存在著 由原子內(nèi)的正電荷與負(fù)電荷各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng)"在微觀上的體現(xiàn) 分子力的存在 (以氦氣分子為例) 我們知道,氦原子的半徑R為10-10米。當(dāng)兩個(gè)氦氣分子He(氦原子)之間的距離為2R~10R時(shí)(氦原子半徑的2~10倍),仍有明顯的分子力存在。這表明,氦原子內(nèi)的正電荷負(fù)電荷激發(fā)的靜電場(chǎng)已經(jīng)延伸到了氦原子的周?chē)臻g。換句話(huà)說(shuō),氦原子的周?chē)臻g里存在著由氦原子內(nèi)的正電荷與負(fù)電荷各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng)。 三,原子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原因 (以氫原子為例) 原子在電場(chǎng)中的受力情況如下:把一個(gè)氫原子沿著垂直于電場(chǎng)線(xiàn)方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中,氫原子在此電場(chǎng)中只受到電場(chǎng)力的作用,此時(shí)帶正電荷的質(zhì)子受到與電場(chǎng)線(xiàn)方向相同的力,帶負(fù)電荷的電子受到與方向相反的力,受力分別為F+、F-,這兩個(gè)力大小相等,方向相反,并且作用在同一條直線(xiàn)上,這時(shí)氫原子處于二力平衡的狀態(tài),在電場(chǎng)力的作用下,氫原子按照射入電場(chǎng)的速度做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。 原子在磁場(chǎng)中受力情況如下:當(dāng)把一個(gè)氫原子沿著垂直于磁場(chǎng)的方向上射入場(chǎng)強(qiáng)較小的磁場(chǎng)時(shí),氫原子里的質(zhì)子、電子將受到磁場(chǎng)力的作用,受力分別為F+、F-,這兩個(gè)力大小相等,方向相反,且作用在同一條直線(xiàn)上。此時(shí),這兩個(gè)力作用在氫原子上,處于二力平衡狀態(tài),氫原子在磁場(chǎng)力的作用下,將不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。 四,電荷的劃分 在麥克斯韋電磁場(chǎng)理論里,麥克斯韋把電路中的電流分為兩種,分別為傳導(dǎo)電流,位移電流。其中,由“位移電流”的概念,直接推導(dǎo)出了電磁波的存在。在這里,根據(jù)帶電粒子在電場(chǎng)中的受力情況,我們也可以把電荷分為兩種,一種為純粹意義上的帶電粒子(如電子,質(zhì)子,離子)所帶的電荷,這類(lèi)電荷在電場(chǎng)中會(huì)受到電場(chǎng)力的加速作用,可稱(chēng)其為“加速電荷” ;因原子的周?chē)臻g里存在著由原子內(nèi)的正電荷與負(fù)電荷各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng),且?guī)щ娏W拥囊粋€(gè)重要特征就是能夠在其周?chē)臻g激發(fā)靜電場(chǎng),所以,原子也是一個(gè)帶電粒子。這種帶電粒子(原子)帶有<兩種等量異號(hào)>電荷,在電場(chǎng)力的作用下保持在原來(lái)的位置上靜止不動(dòng),可稱(chēng)其為“本位電荷”(原子帶有兩種等量異號(hào)電荷的統(tǒng)稱(chēng))。 “本位電荷”概念的提出,可以推導(dǎo)出電磁波的傳播所依賴(lài)的媒介(由大量原子間接構(gòu)成的宏觀物體的周?chē)臻g存在著由物體里原子內(nèi)的正電荷與負(fù)電荷各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng)) 五,原子帶有《兩種等量異號(hào)》電荷的總結(jié)思考 當(dāng)原子帶有〈兩種等量異號(hào)〉電荷這個(gè)觀點(diǎn)被實(shí)驗(yàn)所證實(shí),這將會(huì)對(duì)現(xiàn)有的電磁學(xué)體系產(chǎn)生重大的促進(jìn)作用,也會(huì)對(duì)物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生重要的意義。 (1)因原子帶有兩種等量異號(hào)電荷,則由大量原子間接構(gòu)成的宏觀物體相應(yīng)地帶有兩種等量異號(hào)電荷;原子的周?chē)臻g存在著由原子里的正電荷與負(fù)電荷各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng),則宏觀物體的周?chē)臻g存在著由物體里原子內(nèi)的正電荷與負(fù)電荷各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng)。 我們知道,靜電場(chǎng)是有源電場(chǎng), 高斯定理告訴我們,在一個(gè)封閉的曲面,靜電場(chǎng)在電場(chǎng)線(xiàn)穿出曲面的條數(shù)與穿進(jìn)曲面的條數(shù)之差正比于該區(qū)面內(nèi)所包含電荷電量的代數(shù)和。同時(shí)靜電場(chǎng)也是保守立場(chǎng),有點(diǎn)類(lèi)似于我們非常熟悉的生活中的重力場(chǎng),故在靜電場(chǎng)中引入電勢(shì)差來(lái)描述將單位正電荷從一點(diǎn)移動(dòng)到其他點(diǎn)的過(guò)程中電場(chǎng)力對(duì)其做功的值。在上述試驗(yàn)中可以推斷出原子的周?chē)臻g存在著由原子里的正電荷與負(fù)電荷各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng)的結(jié)論,因而推及宏觀物體的周?chē)臻g存在著由物體里原子內(nèi)的正電荷與負(fù)電荷各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng),可以說(shuō)靜電場(chǎng)的存在對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程和生活實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)具有極其重要的作用和意義。 (2)原子帶有〈兩種等量異號(hào)〉電荷,原子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中受到電場(chǎng)力,磁場(chǎng)力的作用而不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。這表明,判斷一個(gè)粒子是否帶有電荷,不能以“這個(gè)粒子能否在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)”為唯一標(biāo)準(zhǔn)。 以往的經(jīng)典理論將某一粒子能在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)作為判斷粒子是否帶有電荷的唯一標(biāo)準(zhǔn),從上述試驗(yàn)中可以得出,原子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中受到電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力的作用而不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),從這一結(jié)果就可以證明,經(jīng)典理論中的標(biāo)準(zhǔn)并不是唯一的,這種情況值得我們更加深入的探討和研究,進(jìn)一步加以實(shí)驗(yàn)證明。 (3)宏觀物體的周?chē)臻g存在著由物體里原子中的正電荷與負(fù)電荷各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng),電磁波在這種媒介“疊加靜電場(chǎng)”中傳播。 在上述試驗(yàn)中我們得出,原子帶有〈兩種等量異號(hào)〉電荷,同時(shí)也推斷出宏觀物體的周?chē)臻g存在著由原子內(nèi)的正電荷與負(fù)電荷各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng),所以我們可以說(shuō),電磁波是在這種“疊加靜電場(chǎng)”的媒介中傳播的。 (4)宏觀物體的周?chē)臻g存在著靜電性質(zhì)極不明顯的疊加靜電場(chǎng),使得電磁力與萬(wàn)有引力之間具備統(tǒng)一的可能性。 宏觀物體的周?chē)臻g存在著由原子內(nèi)的正電荷負(fù)電荷激發(fā)的疊加靜電場(chǎng),這種靜電場(chǎng)的性質(zhì)卻并不是非常明顯。萬(wàn)有引力是任何有質(zhì)量的物體之間的相互吸引力,對(duì)于質(zhì)量和體積較小的微粒來(lái)說(shuō),萬(wàn)有引力并不明顯,但對(duì)于較大的物體來(lái)說(shuō),其作用是相當(dāng)明顯。電磁力是帶電粒子通過(guò)電磁場(chǎng)傳遞的相互作用,帶電體各個(gè)方位在空間體不平衡的反作用力的作用下,產(chǎn)生了帶有方向性質(zhì)的力。疊加靜電場(chǎng)的存在,使電磁力和萬(wàn)有引力之間具備了統(tǒng)一的可能性,究其根本就是來(lái)源于宇宙的根本原則——平衡趨勢(shì),正是由于平衡趨勢(shì),使得物質(zhì)的本源不斷地進(jìn)行著循環(huán)和變化。 參考文獻(xiàn): [1]沈澤智.論多原子分子極性的判斷(J).科技教育.2008.9 [2]張必祥.原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系(J).化學(xué)輔導(dǎo).2006 [3]曾永志 馬靖.對(duì)應(yīng)性原理和波爾原子模型(J).物理與工程.2008.1 [4]張小釗 王偉群 莊浩.體驗(yàn)科學(xué)家的思維歷程(J).教學(xué)設(shè)計(jì).2007.4 [5]陳熙謀.微觀粒子的二象性(J).自學(xué)之友.20 作者:葉藝霖 |
|
來(lái)自: 物理網(wǎng)文 > 《待用》