电荷
diàn hè
电荷是物质的一种基本属性，分为正、负两种；同种电荷相斥，异种电荷相吸。
Definition
电荷是某些微小粒子所具有的一种属性，分为正、负两种，同种电荷相互推开，不同种电荷相互吸引，大多数物体看起来不带电，是因为它们所含的正负电荷相等，直到摩擦打乱了这种平衡。它是由质子（正电）和电子（负电）携带的物质的一种基本属性，以库仑为单位，是守恒的，因此可以在物体之间转移，但既不能被创造也不能被消灭，一个物体通过得到或失去电子而带电，而质子则一直被锁在原子核中。电荷是一个守恒的、量子化的、洛伦兹不变的标量：每一个自由粒子都携带基本电荷 $e = 1.602 \times 10^{-19}\ \text{C}$ 的整数倍（被束缚的夸克携带 $\pm e/3$ 和 $\pm 2e/3$），点电荷之间通过库仑定律相互作用，$\vec{F} = kq_1q_2\hat{r}/r^2$，其中 $k = 1/(4\pi\varepsilon_0) = 8.99 \times 10^9\ \text{N}\cdot\text{m}^2/\text{C}^2$，一个电荷会产生一个电场 $\vec{E} = \vec{F}/q$，遵循高斯定律，$\oint \vec{E}\cdot d\vec{A} = Q_{\text{enc}}/\varepsilon_0$，局部的电荷守恒由连续性方程 $\partial\rho/\partial t + \nabla\cdot\vec{J} = 0$ 表示。
Example
原子中心的质子带正电，围绕它们高速运动的电子带负电，正是这份吸引力把原子束缚在一起；一个电子携带 $-1.6 \times 10^{-19}\ \text{C}$ 的电荷，因此一库仑相当于约 $6.25 \times 10^{18}$ 个电子的电荷，在头发上摩擦过的气球可能获得 $10^{11}$ 个多余的电子，只有约 $-1.6 \times 10^{-8}\ \text{C}$，但已足以让它吸附在墙上。在一个氢原子中，电子距质子约 $5.3 \times 10^{-11}\ \text{m}$，库仑力约为 $F \approx 8.2 \times 10^{-8}\ \text{N}$，而它们之间的引力约为 $3.6 \times 10^{-47}\ \text{N}$，弱了 $10^{39}$ 倍。
Key Insight
电力和磁力作用的对象是电荷，而不是质量，因此一个中性原子不会感受到净电力，这正是电力不会像重力把人拉向地板那样把人拉向墙壁的原因。宇宙在极高的精度上是电中性的；如果质子和电子所带的电荷相差哪怕万亿亿分之一，日常物体之间的电排斥力就会压倒引力，因此化学、生物学以及每一种接触力之所以存在，正是因为电荷在大尺度上如此精确地保持平衡，而在原子尺度上又如此不平衡。