電荷守恆定律

電荷守恆定律

在物理學里,電荷守恆定律(law of conservation of elecctric charge)是一種關於電荷的守恆定律。電荷守恆定律有兩種版本,“弱版電荷守恆定律”(又稱為“全域電荷守恆定律”)與“強版電荷守恆定律”(又稱為“局域電荷守恆定律”)。弱版電荷守恆定律表明,整個宇宙的 總電荷量保持不變,不會隨著時間的演進而改變。注意到這定律並沒有禁止,在宇宙這端的某電荷突然不見,而在宇宙那端突然出現。強版電荷守恆定律明確地禁止 這種可能。強版電荷守恆定律表明,在任意空間區域內電荷量的變化,等於流入這區域的電荷量減去流出這區域的電荷量。對於在區域內部的電荷與流入流出這區域 的電荷,這些電荷的會計關係就是電荷守恆。

概念


電荷守恆定律是物理學的基本定律之一。它指出,對於一個孤立系統,不論發生什麼變化,其中所有電荷的代數和永遠保持不變。電荷守恆定律表明,如果某一區域中的電荷增加或減少了,那麼必定有等量的電荷進入或離開該區域;如果在一個物理過程中產生或消失了某種電荷,那麼必定有等量的異號電荷同時產生或消失。
電荷的多少稱為電荷量,常簡稱為電量,故電荷守恆定律又稱電量守恆定律。在國際單位制中,電荷量的單位是庫侖,用字母表示,單位為。通常正電荷的電荷量用正數表示,負電荷的電荷量用負數表示。

屬性


要使物體帶電,可利用摩擦起電、接觸起電、靜電感應、
(感應起電)、光電效應等方法。物體是否帶電,通常可用驗電器來檢驗。物體帶電實際上是得失電子的結果。這意味著電荷不能離開電子、質子而存在。電荷乃是電子、質子等微觀粒子所具有的一種屬性。
由摩擦起電和其他起電過程的大量實驗事實表明,一切起電過程其實都是使物體上正、負電荷分離或轉移的過程中,在這種過程中,電荷既不能消滅,也不能創生,只能使原有的電荷重新分佈。由此就可以總結出電荷守恆定律:一個孤立系統的總電荷(即系統中所有正、負電荷之代數和)在任何物理過程中始終保持不變。所謂孤立系統,就是指它與外界沒有任何相互作用的系統,是一種理想狀態。電荷守恆定律也是自然界中一條基本的守恆定律,在宏觀和微觀領域中普遍適用。
近代物理實驗發現,在一定條件下,帶電粒子可以產生和湮沒。例如,一個高能光子在一定條件下可以產生一個正電子和一個負電子;一對正、負電子可以同時湮沒,轉化為光子。不過在這些情況下,帶電粒子總是成對產生和湮沒,兩個粒子帶電數量相等但正負相反,而光子又不帶電,所以電荷的代數和仍然不變。因此,一個與外界沒有電荷交換的系統,電荷的代數和保持不變。它是自然界重要的基本規律之一.

具體應用


在離子方程式中的應用

書寫和配平電極反應式和離子方程式;判斷電極反應式和離子方程式的正誤;計算離子方程式中某離子中某種元素的化合價、某離子所帶的電荷數、某離子中某種元素原子的角碼數;確定離子方程式中各離子的計量數間的關係等。

在電解質溶液中的應用

電荷守恆是電解質溶液中各守恆關係中最重要、應用最廣、也最好用的。關鍵是是否知道用,什麼地方用和怎樣用的問題。
主要用於判斷和比較電解質溶液中離子濃度的大小;判斷電解質溶液中溶質的組成、可能存在的離子;確定離子的類別;書寫和判斷電解質溶液中其它守恆關係(如質子守恆關係);計算電解質溶液中某些離子的濃度等。

在其他方面的應用

用於固體物質(純凈物或混合物)組成的推斷和計算;計算反應前或反應后體系中某物質或離子的量等。