Page 115 - 世界学

第三章 微观世界学 099

100 多年前，当美国物理学家 Robert Millikan 首次通过实验测出电子所带的电
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荷为 1.602×10 C 后，这一电荷值便被广泛看作为电荷基本单元。
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2018 年国际计量大会通过决议，1 安培被定义为“1s 内通过 6.24146×10 个
电子电荷所对应的电流”。美国物理学家 Robert Laughlin 确定电流实际上是由 1/3

电子电荷组成的。
2. 电子的分布——电子云

电子在原子核外的轨道上按上述的规则排列并绕核运转。许多电子在原子核外
空间的某区域内出现，好像带负电荷的云笼罩在原子核的周围，人们形象地称它为

“电子云”。它是 1926 年奥地利学者薛定谔在德布罗伊关系式的基础上，对电子
的运动做了适当的数学处理，提出了二阶偏微分的著名的薛定谔方程式。这个方程
式的解，如果用三维坐标以图形表示的话，就是电子云。

由电子与中子、质子所组成的原子，是物质的基本单元。相对于中子和质子所
组成的原子核，电子的质量显得极小。质子的质量大约是电子质量 1842 倍。当原

子的电子数与质子数不等时，原子会带电，称这原子为离子。若物体带有的电子多
于或少于原子核的电量，导致正负电量不平衡时，称该物体带静电。当正负电量平

衡时，称物体的电性为电中性。
电子与质子之间的吸引性库仑力，使得电子被束缚于原子，称此电子为束缚电

子。两个以上的原子，会交换或分享它们的束缚电子，这是化学键的主要成因。当
电子脱离原子核的束缚，能够自由移动时，则改称此电子为自由电子。许多自由电
子一起移动所产生的净流动现象称为电流。在许多物理现象里，像电传导、磁性或

热传导，电子都扮演了重要的角色。移动的电子会产生磁场，也会被外磁场偏转。
呈加速度运动的电子会发射电磁辐射。

电荷的最终携带者是组成原子的微小电子。在运动的原子中，每个绕原子核运
动的电子都带有一个单位的负电荷，而原子核里面的质子带有一个单位的正电荷。

正常情况下，在物质中电子和质子的数目是相等的，它们携带的电荷相平衡，物质
呈中性。物质在经过摩擦后，要么会失去电子，留下更多的正电荷（质子比电子多）；

要么增加电子，获得更多的负电荷（电子比质子多）。这个过程称为摩擦生电。
3. 电子结构的研究
电子可以分裂成 3 个准粒子：空穴子携带电子电荷（电场层）；轨道子携带轨