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过剩电子计算器
您会惊讶于过剩电子计算是多么简单!然而,涉及的数量级并不直观:这就是过剩电子计算器派上用场的地方。
我们还添加了简要的理论介绍,您将学习到:什么是电子和电荷;如何计算过剩电子;以及一个简单的实验来测试计算过剩电子的公式。
我们承诺这将是一次令人兴奋的旅程!
计算过剩电子之前:电子和物体的电荷
您是否曾经从朋友那里得到过火花?不,不是那种方式;我们说的是物理学!火花是物体上电荷积累的结果。
但是...什么是电荷?电荷——电荷的简称——是物质的一种属性,描述了物体在电场中受到影响的程度。这个定义可能不够令人满意,但我们知道:电荷是一种基本属性,就像质量一样,这使得很难找到一种方法来定义它而不使用某种程度的冗余或留下一些"未说明"的东西。
尽管电荷可能有点神秘,但它的起源很容易解释:我们说的是电子。电子是基本的亚原子粒子,这意味着我们不能将它们分解成更小的片段,携带我们称为单位电荷的东西。
在2019年,科学家们固定了电子电荷的值。现在,至少对物理学家来说,电子电荷是我们用来测量事物的东西,而不是我们测量的东西。我们用库仑来测量这个量,这是电荷的测量单位。
过剩电子计算公式
要计算过剩电子,您只需要知道物体的电荷。一旦您知道这个量(以库仑为单位),应用计算过剩电子的公式:
其中:
• ne — 计算出的过剩电子数量
• Q — 物体的电荷
• e — 电子电荷(1.602176634 × 10⁻¹⁹ 库仑)
您也可以从过剩电子计算电荷,这和逆运算一样简单!如果您知道过剩电子的数量,用以下公式计算库仑:
一个实验:如何在家计算过剩电子数量
您已经学会了如何计算电子的过剩或缺失。您能在现实生活中应用这个公式吗?是的!让我们看看如何做!
收集材料:
• 一个充气的气球
• 一块羊毛布
• 一张已知重量的纸
• 一把尺子
实验步骤:
1. 测量边长为1厘米的正方形纸片
2. 将纸片放在平面上,尺子垂直放在背景中
3. 给气球充电:用布摩擦其表面几秒钟
4. 慢慢将气球靠近纸片,记录纸片"起飞"时的距离(我们的实验中是2厘米)
在这个实验中,我们测量的是作用在纸片上的重力被气球和纸片之间的静电吸引力超越的距离。通过库仑定律计算静电力,并与重力平衡,我们可以得出气球上的电荷量,进而计算出过剩电子数量。
实际应用
过剩电子计算在许多科学和工程领域都有重要应用。理解电荷的量子化性质对于现代技术至关重要。
静电现象: 当您脱毛衣时听到的"噼啪"声,或者触摸门把手时的小电击,都是电子转移的结果。通过测量这些现象中的电荷量,我们可以计算出实际转移了多少电子。例如,一个典型的静电放电可能涉及数万亿个电子的转移。
您的羊毛毯子之所以会产生火花,是因为您的身体和毯子之间的摩擦导致许多电子被转移,从而在毯子上产生相对较高的过剩电荷,在您的身体上产生等量的相反符号电荷。
电子技术: 在电子设备中,了解电荷载流子的数量对于设计电路和理解器件性能至关重要。例如,在半导体器件中,载流子浓度直接影响器件的导电性和开关特性。
科学家们说电荷是量子化的。在物理学中,计算过剩电子是量子力学的一个简单练习!电子虽小但至关重要,它们是我们最喜欢的基本粒子之一。
其他相关概念
宇宙中的每个电荷都是电子电荷的整数倍;这使得过剩电子数量的计算变得简单,如果不是因为一个小细节:电子的电荷非常小!电子电荷的值为1.602176634 × 10⁻¹⁹库仑。
电子是基本的亚原子粒子,这意味着我们不能将它们分解成更小的片段。科学家们非常确定电子的电荷是可以"自由"存在的最小电荷。
过剩或缺失电子的后果是使物体带电。带电物体显示许多特性,并受到与中性物体相关的现象不同的现象影响。带电物体会感受到电场的影响,要么被吸引,要么被排斥。如果电荷足够高以"击穿"周围的绝缘体,带电物体可以发出火花。
小电击是您可以感知到过剩电子的方式之一!这种现象在日常生活中很常见,特别是在干燥的环境中。
常见问题
如何计算过剩或缺失的电子数量?
要从库仑计算过剩电子(或缺失),您需要遵循几个简单步骤:
1. 写下电子的电荷:e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹
2. 测量所需物体的电荷Q。您可以用静电计来做到这一点。
3. 将Q除以单个电子的电荷。结果就是电子的数量(缺失或添加):n = Q/e
如果我给气球充电,上面有多少电子?
当您通过用布摩擦给物体充电时,大约有6万亿个电子被添加到物体上。您可以通过知道我们可以在此类物体上测量的电荷在微库仑的数量级,Q = 1 × 10⁻⁶ C来计算这个值。应用计算过剩电子数量的公式:n = Q/e = 1 × 10⁻⁶/1.602176634 × 10⁻¹⁹ = 6.24万亿。
过剩或缺失电子的后果是什么?
过剩或缺失电子导致物体带电。带电物体显示许多特性:感受电场的影响,要么被吸引要么被排斥;如果电荷足够高以"击穿"周围的绝缘体,可以发出火花。小电击是您可以感知过剩电子的方式之一!
参数名 | 参数类型 | 默认值 | 是否必传 | 描述 |
---|---|---|---|---|
charge | number | 1.0 | 否 | 物体所带的电荷量数值 |
electronNumberUnit | string | ×10⁻¹⁹ | 否 | 返回的电子数量的科学计数法单位 |
chargeUnit | string | C | 否 | 电荷量的测量单位 |
参数名 | 参数类型 | 默认值 | 描述 |
---|---|---|---|
excessElectronNumber | number | 计算得出的过剩电子数量,正值表示过剩电子,负值表示缺失电子 | |
electronNumberUnit | string | 电子数量的科学计数法单位 |
错误码 | 错误信息 | 描述 |
---|---|---|
FP00000 | 成功 | |
FP03333 | 失败 |
参考上方对接示例