
【电】 electron charge
电子电荷(Electron Charge)是物理学中的基本概念,指电子所携带的固有电荷量,其数值是电荷的最小不可分割单位(基本电荷)。以下是详细解释:
电子电荷(符号为 ( e ) )是自然界基本物理常数之一,其值为: $$ e = 1.602176634 times 10^{-19}text{库仑(Coulomb, C)} $$ 该值由国际计量局(BIPM)精确测定并标准化,是电荷量的最小单位。在量子力学中,所有带电粒子的电荷均为电子电荷的整数倍。
电子电荷的离散性由密立根油滴实验(1909年)首次证实,证明了电荷的量子化特性。现代技术中,单电子晶体管(Single-Electron Transistor)等纳米器件直接利用电子电荷的量子化特性实现高精度电流控制。
电子电荷是载流子迁移率、电导率等参数的核心变量,例如在MOSFET器件中,阈值电压的计算直接依赖 ( e ) 的数值。
在标准模型中,电子电荷决定了电磁相互作用的强度,与精细结构常数 ( alpha ) 的关系为: $$ alpha = frac{e}{4pi varepsilon_0 hbar c} $$ 其中 ( varepsilon_0 ) 为真空介电常数,( hbar ) 为约化普朗克常数。
权威参考文献
电子电荷是指电子所携带的基本电荷量,它是物理学中电荷的最小单位,具有以下核心特征:
基本电荷值
电子电荷的绝对值约为 (1.602 times 10^{-19}) 库仑(C),符号通常用 (e) 表示。由于电子带负电,其电荷实际为 (-e)。
量子化特性
电荷的量子化现象表明,自然界中所有带电体的电荷量均为 (e) 的整数倍。例如,质子电荷为 (+e),中子电荷为0,而夸克虽具有分数电荷(如 (pm frac{1}{3}e) 或 (pm frac{2}{3}e)),但无法单独存在。
实验测定
美国物理学家罗伯特·密立根通过著名的油滴实验(1909-1913年)首次精确测定了电子电荷值,验证了电荷的量子化特性。
物理意义与应用
扩展说明
现代科学将 (e) 定义为基本电荷单位,国际单位制(SI)中已通过固定基本电荷值来定义库仑,进一步提升了测量精度。
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