原子结构与电荷

1.原子结构与电荷

1.1 物质到底是由什么构成的

阴极射线

电磁波

电磁波

我们生活中的物质。究竟是由什么构成的呢？这个问题其实困扰了人们很久。

1.提出“原子”的概念

早在2400年前，古希腊哲学家德莫克里特就提出了原子的概念。当时他就认为，世间的万物应该是由一种很小很小的微粒来组成的。但是那个时候由于科学技术还没有发展起来，所以并不能够通过科学的方法来证明。

到1803年英国科学家。约翰道尔顿提出，原子是组成物质的基本粒子。他认为，原子是不可分割的实心球体。它是基于各种化学现象而提出的，这个假说那么这个假说到底对不对呢？

2.发现了电子

直到1903年，英国科学家约瑟夫约翰汤姆森在研究阴极射线管的过程当中，发现了电子。阴极射线管是什么呢？其实就是一个玻璃管子里边儿呢？装了一些稀有气体，但是它的浓度很低。它是通过一些抽真空的方式，把管子里边的空气给抽走，再往里面注入了一点点的稀有气体。给这个管子两头装上电极，然后通上电，前面的科学家都没有能够解释出来为什么这个射线。它能够发光以及它在磁场当中为什么不会偏转？

后来，汤姆森在研究这种阴极射线管的时候，他发现这个射线在磁场下不会发生偏转的原因，是因为管子里边儿还有少量的稀有气体。这个气体呢，会阻碍这个射线的偏转，所以在经过改进之后，他发现这个射线其实是可以在磁场下发生偏转的。并且它根据射线的速度以及偏转的这些角度去计算出这个射线，它里边儿的微粒质量大约是当时已知的。最轻的物质也就是氢原子核质量的千八百三十七分之一，这个质量非常的小，于是他就认为这个一定是原子内部的东西。于是他就发现了电子，证明了原子内部其实还有更精细的结构。

3.提出原子模型

叫做枣糕模型，也叫做西瓜模型，就可以想象成原子是一个大西瓜。在这个西瓜上面镶嵌了很多的西瓜籽。带负电的电子和原子内部均匀分布着带正电的粒子就相当于这个西瓜子一样，嵌在这个原子里边儿，因为原子从整体结构上来看，它是相对电中性的。不带电的，因为正负抵消了。

那么这个模型到底对不对呢？

1911年英国的科学家欧内斯特卢斯福，也就是汤姆森的学生。他通过阿尔法粒子散射实验证明了他的老师(汤姆森)。所提出的这个枣糕模型其实是不对的，为什么呢？他用的阿尔法粒子去轰击很薄的一层金箔，如果按照汤姆森的枣糕模型，这是一个西瓜。那么，这个西瓜里边儿物质都是填满的，那么埃法粒子理论上应该不会穿透过金簸会大批量的被金簸反弹。然而，通过实验后面的这些观察设备，观察到大量的阿尔法粒子几乎是以很小的偏转角度或者基本不偏转。通过了这个金簸。只有极少数的埃法粒子被金簸反弹，以大角度弹回去了，这也就证明了原子其实里边儿大部分都是空的。所以这些阿尔法粒子才能从原子的这些空隙当中穿过去，因此他提出了这些正电荷其实是集中在原子中间有一个很小的核里边。在外边围绕着一些带负电的电子在旋转，就提出了核式结构模型。

1913年丹麦的科学家尼尔斯波尔，在研究氢原子的发射光谱时对卢瑟福的原子核试结构模型进行了改进。提出了波尔原子模型，他说，原子核外边的这些电子是有固定的轨道的。它们是在这些固定轨道上运行，并且并且轨道是有能级的，这些电子呢，会优先排布在能量低的轨道上。当低能量的轨道排满之后，才会一层层的往外排布，当轨道上的电子受到外界的能量作用，它们就有可能会发生跃迁，会从低能级的轨道。跳到高能级的轨道，如果能量足够大的话，这些电子甚至会直接被电离，就会直接脱离原子核，而飞走是高能级的，这些轨道上面的电子。相对不是那么的稳定，它就容易掉到低能级的轨道上去，它在掉下来的过程当中也叫做跃迁。它会发出光线，那么氢原子光谱就是由于这个氢原子外层的这个电子在往回落的过程当中。由于轨道有好几层不同的轨道之间的能量等级差异不同，所以在往下落的过程当中释放出来的光线频率也不同。所以氢原子在可见光当中是有四条谱线的，因此波尔根据这个谱线提出了波尔原子模型，但是这个模型其实也有漏洞。因为在后面的一些实验当中，比如说亥原子以及其他的元素的原子，可能就发射的光线谱线就没有那么简单了。通过这个能级来表示了，当然这个就涉及到物理的层面去了，而我们的电子电路关系就没有那么大了。

4.发现质子

1917年，还是卢瑟福，他通过阿尔法粒子去轰击。氮原子核的过程当中，撞出了氢原子核(质子)，由于它所用的材料当中并没有氢原子核，而在这个过程当中，产生了氢原子核，因此他认为这个氢原子核一定是由。这个氮原子核内部释放出来的，所以也就发现了原子核里边儿的一种粒子叫做质子，其实氢原子核本身就是质子。因为氢是元素周期表第一位，而元素周期表不同的物质，这些元素它其实最主要的区别就是原子核里边的质子数量不同。

5.发现中子

1932年，英国的查德威克在用阿尔法粒子去轰击铍原子的过程当中，发现了原子核里边的中子。至此。原子核以及核外的一些结构基本上就大致摸清楚了原子核里边有质子和中子。原子核外边有电子围绕着在运动，这就是比较好理解，并且是相对准确的。

6.原子的大小

  原子 ：10^-10 m

  原子核：10^-15 m

  1 nm ：10^-9 m

7.什么是电荷

电荷是物体 或者 构成物体的这些东西 所带的正电或者负电。

很早以前，人们就发现琥珀用布料擦拭后会吸引轻小的灰尘

后来发现用两种不同材料相互摩擦会使物体带电(静电)

人为规定

丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，毛皮摩擦过的橡胶棒带负电子

电子发现后，人们慢慢开始清除“带电”“电荷”的本质

电子带负电

质子带正电

中子不带电

电荷量（元电荷电量）e ＝ 1.602176565 * 10^-19 C 库伦

什么是电荷呢？电荷是？是物体或者构成物体的这些东西所带的正电或者负电，很早以前人们就发现用这个布料去摩擦琥珀，这个琥珀。会带上一些电，然后会吸引这些轻小的灰尘，越擦越擦不干净，还有包括我们现在生活当中的一些典型的例子，比如说用梳子梳头发的时候。尤其是女生比较长的头发，梳着梳着越梳着头发越飘，

在冬天在脱毛衣的时候经常噼里啪啦的在响，甚至有的时候在黑暗环境下还能看到。一些蓝色的闪光，这个其实就是静电。人们发现两种不同的材料，互相摩擦的时候，就有可能会产生静电，会使物体带电。后来人们规定。用丝绸摩擦过的玻璃棒，它带正电毛皮摩擦过的橡胶棒，它带负电。随着我们对电子的发现以及原子结构的模型建立。人们开始慢慢清楚了带电电荷的本质，其实电子它是带负电的，

而质子带正电。原子核里边的中子呢，是不带电的，一个电子和一个质子，它们带的电是相反的，一个电子它带的电荷量是多少呢？也叫做原电荷电量，用小写的字母e表示。那带电量大约是一点六零二一七六五六五×10的负19次，方库伦十的负19次方，这是一个很小的数值了，库伦这是电荷量的单位。库伦也是一个科学家，为了纪念他对这些电荷方面的研究做出的贡献，所以就把这个单位用他的名字来命名。

而一个质子呢，带的电量也是这么多，所以原子核里边儿的质子数量一般，和外面电子数量是平衡的。所以原子整个体现出来是电中性的正负，抵消了那不同的物质之间相互摩擦，为什么会带电？这就是由于不同的原子。原子核里边质子数量也不同，外面的电子排布的层数结构呢也有区别，所以原子核对外层的电子束缚能力。有区别，也就是说有些物质它就容易丢失电子，有些物质更容易吸引别的物质的电子。所以在摩擦的过程当中，

就会发生核外的电子转移，有的原子的电子可能就被别的原子抢走了。那抢走之后，本身它这个原子是电中性的，现在少了一个电子，那么原子核它又不会动，原子核里边的正电还在负电，少了那整个这一块儿就带正电了。那么，其他的原子如果得到了一些电子，那它就会整体呈现出带负电所有的这个带的电荷，这些电荷量它都一定是。原电荷电量的整数倍，因为你最小的电量就是电子或者说质子，它所带的电荷量那么其他的物质，

它过后所带的电荷量。其实也都是这个字母e，也就是原电荷电量的整数倍，为什么要了解原子结构和电荷呢？这就是因为我们在学习电子电路的过程当中，不可避免的，要了解电压，电流以及电源。还有电容器，这些元器件，它们的工作原理以及概念，在这个过程当中，我们必不可少的需要了解它的微观工作原理，因此我们就需要了解。这些物质，

它到底是由什么构成的？电荷到底是什么？什么是带电？什么不带电？如果要了解后面的知识的话。前面这个电荷的部分还是一个比较重要的铺垫，比较重要的一个基础内容，我们从常识上也知道正电和负电之间其实是会相互吸引的，那么它们之间为什么会吸引呢？是通过什么物质传递的作用力呢？那么下期视频我们就来讲一讲什么是电场正负电荷之间到底是怎样去传递这个作用力的？好了，我们下期接着聊。