原子帶有兩種等量異號電荷的理論依據和實(shí)驗支持

摘要：原子是構成物質(zhì)的基本單位，在科學(xué)的不斷發(fā)展過(guò)程中，人們對原子有著(zhù)越來(lái)越深刻的理解和認識。原子由帶正電的原子核和帶負電的電子組成，兩者達到能量平衡是學(xué)界的一個(gè)基本常識，然而原子是否帶有兩種等量異號電荷呢？本文就此論點(diǎn)在現實(shí)試驗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 等量異號電荷 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)人們認識的不斷發(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電荷理論的歷史衍變
        人類(lèi)并不是生來(lái)便了解物質(zhì)是由分子和原子構成的，他們對原子和電子的認識是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，而認識到原子帶有兩種等量異號電荷的理論也是由無(wú)數科學(xué)家經(jīng)過(guò)長(cháng)期、艱辛的實(shí)驗才得出結論。
早在公元前400年，古希臘的德謨克利特就提出了原子這一概念。隨著(zhù)時(shí)間的不斷推移，科學(xué)家對原子的理解有了更深層次的發(fā)展。1803年，英國自然學(xué)家道爾頓首次提出了原子說(shuō)，他用原子的概念解釋了為什么不同元素總是呈現出整數倍的反應，同時(shí)也解釋了不同氣體在水中不同溶解度的原因，從而指出每一種元素只包含唯一一種原子，而化合物正是由原子組成。從而揭開(kāi)了正是研究原子的序幕。之后很長(cháng)一段時(shí)間人們都認為原子便是物質(zhì)的唯一構成單位，而原子也是一種非常微小的實(shí)心玻璃球體，此外再無(wú)他物。
1827年，英國植物學(xué)家布朗在觀(guān)察水面上的灰塵時(shí)，發(fā)現了灰塵在進(jìn)行著(zhù)不規則的運動(dòng)，這就證明了微粒學(xué)說(shuō)，這種現象被稱(chēng)為布朗運動(dòng)。布朗運動(dòng)的發(fā)現，為進(jìn)一步證實(shí)原子可以再分奠定了基礎。
1897年湯姆生在研究陰極射線(xiàn)的工作中，發(fā)現了電子，并且并測量出電子的荷質(zhì)比。e/m=1.7588×108 庫侖/克。從而粉碎了原子不可再分的說(shuō)法。湯姆生認為電子是平均地，有序地分布在原子上，而原子帶的正電荷與電子帶的負電荷相互抵消，這湯姆生的構想模型被我們稱(chēng)之為葡萄干布丁模型，也可以稱(chēng)之為棗糕式原子模型。葡萄干模型的提出、電子的發(fā)現，從根本意義上糾正了原子不可再分的實(shí)心球模型，開(kāi)創(chuàng )了原子研究的新篇章。
       在湯姆生之后，關(guān)于原子的研究不斷取得發(fā)展。英國物理學(xué)家盧瑟福指出原子有核，且大部分原子質(zhì)量和正電荷都存在于原子核中，電子是圍繞原子核運動(dòng)的；英國物理學(xué)家莫塞來(lái)建立了原子序數的概念；湯姆生發(fā)現了同位素；拉塞福發(fā)現質(zhì)子，進(jìn)一步證明原子核可分；不久英國物理學(xué)家扎的維克發(fā)現了中子；波爾在盧瑟福模型的基礎上和普朗克及愛(ài)因斯坦的量子理論聯(lián)系起來(lái)，構建了電子分布的波爾模型。
科學(xué)家們通過(guò)不斷的實(shí)驗研究，一步步證明了原子可分，原子由質(zhì)子、中子、電子組成，原子核帶有正電，核外電子帶負電，整個(gè)院子被認為是一個(gè)不帶有電荷的粒子等理論。此外在之后的研究中還發(fā)現了原子核內質(zhì)子數決定元素的種類(lèi)，質(zhì)子數和中子數決定元素的原子量，最外層電子數目決定元素的化學(xué)性質(zhì)，核外電子層排布規律等特點(diǎn)。但是總的來(lái)說(shuō)，科學(xué)家在研究原子的過(guò)程中，最顯著(zhù)的成就就是證明了原子是一個(gè)帶有兩種等量異號電荷的粒子。

二、原子帶有兩種等量異號電荷的實(shí)驗支持
        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成，原子核帶有正電荷，核外電子帶有負電荷，原子核所帶的正電荷數量與核外電子所帶的負電荷數量相等，整個(gè)原子對外呈現電中性，由此，原子被認為是一個(gè)不帶有電荷的粒子。根據以上理論，可以理解其數學(xué)表達式為：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

原子核所帶的x個(gè)正電荷＋核外電子所帶的x個(gè)負電荷＝原子帶有O個(gè)電荷�！　　�

針對上面的數學(xué)表達式，可能有人會(huì )問(wèn)，既然原子既有帶正電的原子核，又有帶負電的核外電子，且兩者并存，那原子的表達式是否應該是：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

原子核所帶的x個(gè)正電荷＋核外電子所帶的x個(gè)負電荷＝原子帶有２x個(gè)電荷。
　　
        對比上述兩種表達式，請問(wèn)讀者覺(jué)得哪一種更符合邏輯呢？在電磁世界里，有許多種現象反映出：原子雖然對外呈現電中性，但它是帶有兩種等量異號電荷的，且原子的周?chē)�空間里存在著(zhù)由原子內的正電荷與負電荷各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng)。以下列舉幾個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明：　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
實(shí)驗1.真空二極管通電試驗。
實(shí)驗過(guò)程：一塊真空二極管，正極與負極相隔一定距離，其間并不存在由正極、負極產(chǎn)生的靜電場(chǎng)、電場(chǎng)力。當對二極管進(jìn)行通電時(shí)，正極與負極之間不會(huì )因為存在距離、沒(méi)有靜電場(chǎng)而使與它相連的電路成為斷路，相反隨著(zhù)通電的瞬間，正極與負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)驗思考：我們該怎樣理解這個(gè)物理過(guò)程呢？通過(guò)實(shí)驗可以注意到：真空二極管在接上電路之前，正極與負極是存在距離的，且在通電之前，彼此間沒(méi)有靜電場(chǎng)，當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：正極與負極之間的空間是怎樣實(shí)現電路聯(lián)通的呢？設想：在真空二極管接入電路之前，正極與負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、負極材料里原子中的正電荷和負電荷各自產(chǎn)生的疊加靜電場(chǎng)。那么當真空二極管接入電路之后，由于正極與負極之間的空間存在著(zhù)不顯靜電性質(zhì)的疊加靜電場(chǎng)，這就使得這種“疊加靜電場(chǎng)”構起了連接正極與負極之間的一座橋梁。由此可知，即使正極與負極相隔一定距離，但也無(wú)礙電路的聯(lián)通。

實(shí)驗2.真空平行板電容器通電試驗。
實(shí)驗過(guò)程：一塊真空平行板電容器，正極板與負極板相隔一定距離，在接入電路的一瞬間，正極板與負極板之間建立了電場(chǎng)。實(shí)現了電路的聯(lián)通。

實(shí)驗思考：在真空平行板電容器的通電試驗其原理和真空二極管是一樣的，都是在并無(wú)聯(lián)通設備且處于真空的情況下，僅僅依靠原子疊加靜電場(chǎng)而使電路聯(lián)通。通過(guò)真空平行板電容器和真空二極管的通電試驗，都讓我們不禁深思，是否在原子的正極、負極之間存在著(zhù)由正電荷、負電荷產(chǎn)生的疊加靜電場(chǎng)，正是這種靜電場(chǎng)的存在使得正極負極相連接，才有了電路的聯(lián)通。這種現象和思考值得我們深入研究。

實(shí)驗3.電磁場(chǎng)產(chǎn)生的原因對比分析。
實(shí)驗過(guò)程：對由放電產(chǎn)生磁場(chǎng)產(chǎn)生的幾種形式實(shí)驗。
形式（1）平行板電容器充電、放電時(shí)，我們可以發(fā)現，在由兩極板上的正電荷、負電荷激發(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產(chǎn)生磁場(chǎng)。
形式（2）羅蘭實(shí)驗。羅蘭把大量的電荷加在橡膠盤(pán)上，然后使盤(pán)繞軸高速轉動(dòng)，實(shí)驗發(fā)現，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)驗的翻版。如果把大量的電荷加在一整條較長(cháng)的閉合銅線(xiàn)上，然后迫使帶電銅線(xiàn)在兩個(gè)由絕緣體構成的定滑輪的牽引下作高速的移動(dòng)。實(shí)驗發(fā)現，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）當一根閉合銅線(xiàn)里有電流通過(guò)時(shí)，在銅線(xiàn)的周?chē)�空間里產(chǎn)生了磁場(chǎng)。
對比一下形式（3）與形式（4）里的兩根銅線(xiàn)，我們會(huì )發(fā)現，它們是有共同點(diǎn)的：同樣是一根載流銅線(xiàn)（前者載流借助機械力，后者載流借助電場(chǎng)力），同樣會(huì )在銅線(xiàn)的周?chē)�空間里產(chǎn)生磁場(chǎng)。唯一的不同點(diǎn)在于：對于帶有電荷的銅線(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，對于不帶有電荷的銅線(xiàn)，磁場(chǎng)則產(chǎn)生于銅線(xiàn)（沒(méi)有靜電場(chǎng)存在）的周?chē)�空間里。在形式（4）里，如果設想在這根（內部通有電流的）銅線(xiàn)的周?chē)�空間里，存在著(zhù)（由銅線(xiàn)里原子中的正電荷與負電荷各自產(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一。

實(shí)驗思考：對于實(shí)驗3的對比思考，我們可以做如下概述：先有電荷或帶電體的存在，然后才有靜電場(chǎng)的存在；先有靜電場(chǎng)的存在，然后才有磁場(chǎng)的存在。也就是說(shuō)在電荷或者帶電體存在的前提下，才會(huì )激發(fā)靜電場(chǎng)的存在，繼而激發(fā)磁場(chǎng)的存在。如果沒(méi)有電荷或者帶電體的存在，那么靜電場(chǎng)和磁場(chǎng)是無(wú)論如何也不能出現的�？梢钥闯�，電荷或帶電體的存在時(shí)激發(fā)磁場(chǎng)存在的必要條件。

實(shí)驗4：金剛石的單質(zhì)絕緣體的電極化。
實(shí)驗過(guò)程：把一塊由大量的碳原子構成金剛石放入較強的電場(chǎng)中，金剛石內部的每個(gè)碳原子則會(huì )形成一個(gè)個(gè)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)電子所構成的原子系統，也就是氫原子。這時(shí)，由大量整齊排列的電偶極子（碳原子）所構成的金剛石在其兩表面將分別產(chǎn)生等量的正負電荷。整個(gè)金剛石也呈現出中性的不帶電屬性�？芍�金剛石帶電，需要借助外應力——電場(chǎng)力來(lái)維持；而鐵礦石、磁石帶磁，則可以借助內應力——分子間作用力來(lái)維持！
以上的四個(gè)實(shí)驗，從客觀(guān)上折射出這樣一些信息：在真空條件下，二極管和平行管電容器都可以在正負極之間存在距離的情況下聯(lián)通電路，原子帶有兩種等量異號電荷；原子的周?chē)�空間里存在著(zhù)由原子內的正電荷與負電荷通電后各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng)�！�
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
        另外，從實(shí)驗里還發(fā)現：原子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中會(huì )受到電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力的作用。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(zhù)垂直于電場(chǎng)線(xiàn)方向射入勻強電場(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)運動(dòng)。原子在磁場(chǎng)中受力情況如下：當把一個(gè)氫原子沿著(zhù)垂直于磁場(chǎng)的方向上射入場(chǎng)強較小的磁場(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)生運動(dòng)。

三、原子帶有兩種等量異號電荷的總結思考
        當原子帶有兩種等量異號電荷這個(gè)觀(guān)點(diǎn)被實(shí)驗所證實(shí)，這將會(huì )對現有的電磁學(xué)體系產(chǎn)生重大的促進(jìn)作用，也會(huì )對物理學(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電荷，則由大量原子間接構成的宏觀(guān)物體相應地帶有兩種等量異號電荷；原子的周?chē)�空間存在著(zhù)由原子里的正電荷與負電荷各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng)，則宏觀(guān)物體的周?chē)�空間存在著(zhù)由物體里原子內的正電荷與負電荷各自激發(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)穿出曲面的條數與穿進(jìn)曲面的條數之差正比于該區面內所包含電荷電量的代數和。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)力對其做功的值。在上述試驗中可以推斷出原子的周?chē)�空間存在著(zhù)由原子里的正電荷與負電荷各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng)的結論，因而推及宏觀(guān)物體的周?chē)�空間存在著(zhù)由物體里原子內的正電荷與負電荷各自激發(fā)的疊加靜電場(chǎng)，可以說(shuō)靜電場(chǎng)的存在對于實(shí)驗過(guò)程和生活實(shí)際應用來(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)生運動(dòng)”為唯一標準。
以往的經(jīng)典理論將某一粒子能在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中運動(dòng)作為判斷粒子是否帶有電荷的唯一標準，從上述試驗中可以得出，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)生運動(dòng)，從這一結果就可以證明，經(jīng)典理論中的標準并不是唯一的，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)驗證明。

        3.宏觀(guān)物體的周?chē)�空間存在著(zhù)由物體里原子中的正電荷與負電荷各自激發(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。
電磁波可以在高中介質(zhì)中傳播，其傳播速度也不盡相同。在上述試驗中我們得出，原子帶有兩種等量異號電荷，同時(shí)也推斷出宏觀(guān)物體的周?chē)�空間確實(shí)存在著(zhù)正電荷與負電荷各自激發(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(guān)物體的周?chē)�空間存在著(zhù)靜電性質(zhì)不明顯的疊加靜電場(chǎng)，使得電磁力與萬(wàn)有引力之間具備統一的可能性。
宏觀(guān)物體的周?chē)�存在�?zhù)由正負電荷激發(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，但對于較大的物體來(lái)說(shuō)，其作用是相當明顯。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，正是由于平衡趨勢，使得物質(zhì)的本源不斷地進(jìn)行著(zhù)循環(huán)和變化。

參考文獻：
[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.原子結構與元素性質(zhì)的關(guān)系（J）.化學(xué)輔導.2006
[3]曾永志 馬靖.對應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.體驗科學(xué)家的思維歷程（J）.教學(xué)設計.2007.4
[5]陳熙謀.微觀(guān)粒子的二象性（J）.自學(xué)之友.2004

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