基本电荷

基本电荷的属性

对电现象本质的认识是在几百年前就已经开始了，但是对电现象的定性认识乃至一百五十年前对电现象定量的分析，直到现代物理学中场论中对电的相互作用过程的认识理解上，除了对电本身的属性归之于吸引和排斥之外，并没有使电本身的属性有多少改变。吸引和排斥两大特点，已是经验事实所不能否认的电在相互作用过程中所表现的基本属性特点之一。

最初引起人们注意的是摩擦生电现象，通过两个绝缘体<如:毛皮和琥珀>进行摩擦而对碎小物体产生吸引或排斥现象。这是作为人们日常生活中的一种经验事实而被人们认识和感知的，人们对于电的本性的认识首先归之于人们的经验事实是不过分的 。

从摩擦生电，到采用微观分析的方法将形成吸引和排斥两种不同的电的作用归之于相互作用的两种基本电荷间的作用，这是人类对电的本性的认识大大推进了一步。

电荷间的相互作用逐渐被人们所采用定量分析的方法对电荷本身的属性进行确定，比较有名的是库仑的扭秤试验，他从微观到宏观建立了电荷相互作用确定的量与量之间的关系。将电荷对外作用除了这种经验事实之外，对电荷间这种相互作用的规律起决定性作用的还存在两个哲学思想。反映在经验事实的检验上就是“一个导体，当放在一个闭合中空导体的内部并和它接触时，将失去其所有的电荷。”

所谓电荷的量子化指的是任何带电体的的电量只能取分立、不连续的量值的性质。那么也就是说任何带电体的电量都是基本元电荷的整数倍 。 密立根的实验证明了微小粒子的带电量不是连续变化的，电荷量总是某个元电荷的整数倍，电荷量遵循量子变化规律。

1964年盖尔曼等人提出的夸克模型认为，质子和中子等，分别由具有-1/3e和2/3e的夸克组成，这表明，目前，电荷必然是e/3的整数倍。这也被实验所证实。这虽不是元电荷的整数倍，但它依然是量子化的。

一种哲学观念是守恒的观念，它假设电荷对外的作用在通过以电荷为球心的不同球面上，其电的作用总量不变。

另一种哲学观念是电荷对外的作用过程中在空间中延伸是作用采用均分的原则，即张量的属性。（在空间延伸时的特点）

对库仑定律进行检验的事实确立了如上两个方法和原则。同时也说明，传统的物理学对静电场中的描述规律也间接来源于这两个哲学观念。

元电荷的精确测量

美国实验物理学家罗伯特·安德鲁·密立根（Robert Andrews Millikan,1868～1953）设计了油滴实验：将两块水平放置的金属板分别与电源正、负极相接，使两块金属板带上异种电荷。用喷雾器喷出带电油滴，带电油滴进入两平板之间时，调节电压使油滴电场力、重力平衡，由此就可以求出油滴所带电荷量。

1910年，他第三次作了改进，使油滴可以在电场力与重力平衡时上上下下地运动，而且在受到照射时还可看到因电量改变而致的油滴突然变化，从而求出电荷量改变的差值；1913年，他得到电子电荷的数值：e=（4．774±0．009）×10-10esu，（通常取e=1.6×10^-19C）这样，就从实验上确证了元电荷的存在。他测得的精确值最终结束了关于对电子离散性的争论，并使许多物理常数的计算达到较高的精度。

密立根由于测量电子电荷量等方面的杰出成就而荣获1923年诺贝尔物理学奖。

主条目：电荷量

电荷的量称为“电荷量”。在国际单位制里，电荷量的符号以q为表示，单位是C（库仑，简称“库”）。研究带电物质相互作用的学科称为“电动力学”，可分为经典电动力学与量子电动力学。假若量子效应可以被忽略，则经典电动力学能够很正确地描述出带电物质在电磁方面的物理行为。

二十世纪初，著名的油滴实验证实电荷具有量子性质，也就是说，电荷是由一堆称为基本电荷的单独小单位组成的。基本电荷以符号e标记，大约带有电荷量（电量）1.602 × 10^(-19)C。夸克是个例外，所带有的电量为e/3的倍数。质子带有电荷量e；电子带有电荷量-e。研究带电粒子与它们之间由光子媒介的相互作用的学术领域称为量子电动力学。

实验室里常用验电器来检验物体是否带电。用带电体接触验电器的金属球，就有一部分电荷转移到验电器的两片金属箔上，这两片金属箔带同种电荷，就由于互相排斥而张开。

法拉第电解定律是电化学中的重要定律，在电化生产中经常用到它。历史上，法拉第电解定律曾启发物理学家形成电荷具有原子性的概念，这对于导致基本电荷e的发现以及建立物质的电结构理论具有重大意义。在R.A.密立根测定电子的电荷e以后，曾根据电解定律的结果计算阿伏伽德罗常数N_o。

法拉第常数（F）是近代科学研究中重要的物理常数，代表每摩尔电子所携带的电荷，单位C·mol^-1，它是阿伏伽德罗常数N_A=6.02214076×10²³mol^-1（粒子数N与物质量n的比值）与元电荷e = 1.60217663410×10^-19C (电子电荷的基本电荷或大小）的积：

尤其在确定一个物质带有多少离子或者电子时这个常数非常重要。法拉第常数以迈克尔·法拉第命名，法拉第的研究工作对这个常数的确定有决定性的意义。

一般认为法拉第常数的值是 96485.33289±0.00059C/mol，此值是由美国国家标准局所依据的电解实验得到的，也被认为最具有权威性。

最早法拉第常数是在推导阿伏伽德罗数时通过测量电镀时的电流强度和电镀沉积下来的银的量计算出来的。