电子是怎样多于或少于原子核的电荷的?

1 原子核对核外电子的束缚能力分析

我们知道，电荷在物体中产生，实际上也并不是在物体中产生，物体之中本来就具有电荷，因为所有的物体都是由原子组成，而原子又是由带正电的原子核与带负电的核外电子组成的，所以，物体带电的原因是因为物体失去或者得到了电子。

任何物体原子的原子核对其核外电子都有一定的束缚能力，但是各种不同的原子，这种束缚电子的能力大小却又是不同的，有的原子对电子的束缚能力很强，几乎把其原子核外的电子都约束在距离其原子核心很近的距离范围内，此时电子绕核运动占据了原子核阳性子密度梯度（正电场）部分内层的空间，在其外部还或多或少地存在有阳性子密度梯度空间，因此，要使这样的原子的核外电子摆脱其原子核形成的阳性子密度梯度空间的束缚是十分困难的，相反，如果有某些电子经过这些原子附近时，则十分容易落入这些原子核外剩余的阳性子密度梯度空间中，而被这些原子束缚。故这种原子在一般情况下不会失去电子，而很容易得到电子，当其得到电子时，原子则显负电。

然而，除了上述情况的原子之外，还有另外一种原子，它的情况则完全相反，它的原子核对核外电子的束缚能力很弱，核外电子都运动于比较远离核心的区域空间，这些空间的阳性子密度梯度很小，这造成了Z外层电子虽然也在绕核运动，但是，它所在的空间的阳性子密度梯度比它自己的阴性子密度梯度还要小，合成的空间反而呈现出微弱的阴性子密度梯度。所以，这类原子得到电子的能力较小，而失去电子的能力则较大。

尽管物体原子对电子的束缚能力各有不同，但是，任何一种原子它既可以得到电子而带负电，也可以失去电子而带正电，只是在相同情况下，它们带正电与带负电总量的能力不同。对电子束缚能力强的原子它带负电的总量一定大于它带正电的总量，反之亦然。但是无论原子对电子的束缚能力如何，电子都一定在绕原子核运动，物体中并不存在所谓的“自由电子”。

造成原子对电子的束缚能力不同的原因在于原子核本身的大小，我们知道，原子核带有一定的电量，在其周围存在着阳性子密度梯度，它的梯度值决定的原子核电量的大小：

可见，距离核心距离越大，密度梯度值越小。但是，任何电荷都具有一个由束缚态的中性子构成的实体部分，而且这个实体部分的大小也可能因不同原子而产生差异。当原子核的实体部分大小很小时，开始有电性子密度梯度的虚体部分的大小则很小，由于外界自由空间同样存在一定密度的电性子，即电性子密度梯度场具有一个Z大的大小，于是，原子核之外的电性子密度梯度空间范围则固定在到。对于一定的原子，如果原子核大小很小，那么，其电性子密度梯度空间范围则很大，反之则很小。也就说，由于原子核大小不同，形成了核外电子运动的空间环境大小的不同，原子核很小，核外电子当然就运动于轨道半径较小空间内，原子核对电子的束缚能力当然很大；原子核很大时，核外电子的运动轨道半径当然也很大，这些空间环境的电性子密度梯度当然很小，对电子的束缚能力也很小，而且这也很容易使电子运动于阳性子密度梯度的边缘地带。

2 物体带电分布分析

物体一旦带上电荷，其电荷将分布于物体的什么地方？笔者以为，电荷应该分布导体的外表面，这一点与经典电磁学的观点的一致的。

假设物体所带电荷电量为，而且分布物体内部，那么，该电子周围的电性子密度梯度为：

即使在物体介质内部其密度梯度仍为：

是该物体介质的相对介电常数。可见，即使电荷电量很小，甚至可以为基本电荷，由于可以很小，这就使与电荷非常靠近空间区域的电性子密度梯度大于原子核在该处的阳性子密度梯度，从而使这个空间区域的原子核外电子摆脱了原子核的束缚，在电荷的电性子密度梯度环境发生属性运动，其运动的结果将中和电荷的电量，在新空间位置出现新的电荷……直到电荷出现在物体表面为止。

所以，空间孤立带电体的电荷只分布在物体的外表面，当电荷分布在物体外表面时，物体内部的电性子密度梯度为零。

3 金属球面的电荷分布

电荷分布物体的外表面的状态我们称为孤立带电体的静电平衡状态，在这种状态下，电荷在物体的表面是如何分布的，哪里分布的电荷密度大一点哪里小一点？它取决于什么因素？为了说明这个问题，笔者在此谨采用金属球面带电体进行分析论述，希望得到一个比较一般的结论。

我们知道，在一般情况下，带电金属球面的电荷量总是平均分布在整个球面上的，那么，金属球体内、外的电性子分布如何呢？

根据电性子密度在空间的叠加原理可知，金属球内任一点的电性子密度等于金属球外表面所有点电荷的电性子密度在该点的总和。设金属球外表面电荷面密度为，则球面点P面元点电荷在点A产生的电性子密度为：

因为，，其中是金属球的半径，，，，故有：

，，
所以，整个球面所有电荷在点A的电性子密度的总和为：

可见，当取不同数值，结果将不同，故我们必须对的取值进行讨论，当时，有：

这时的是球外空间的任何一点到球心的距离，如果我们改用表示则有：

这表明均匀的带电金属球体在外部空间任意一点形成的电性子分布与点电荷形成的电性子分布是完全一致的，所以，均匀带电的球体本来就是一个点电荷。

当时，则有：

可见，球体内部的电性子密度值与距球心的距离无关，即整个球体的电性子密度处处相等，它只与球体带电总量成正比，与球体半径大小成反比。

如果把球体变成一个不规则的物体，也就是各处的曲面半径大小不同的物体，那么，笔者相信，整个物体电性子密度仍旧处处相等，只是物体表面的电荷分布就不再均匀了，如果电性子密度值为，则物体表面的电荷分布取决于与曲面的曲率半径：

或者说，物体表面的电荷分布面密度与表面的曲率半径大小成反比。

14 0 2008-12-10 0条评论回复