电荷

电荷是粒子和物质的一种基本属性，决定它们如何参与电磁相互作用。电荷有两种形式，通常称为正电荷和负电荷。在静电条件下，同号电荷相互排斥，异号电荷相互吸引。电荷通常用 $q$ 或 $Q$ 表示，以库仑为单位。虽然物理学家常用“一个电荷”来指代带电粒子或物体，但电荷本身是一种属性，而不是一种物质。(openstax.org)

物质中的电荷

电子带负电，质子带正电，两者的电荷量大小相等。中子的净电荷为零。在电中性的原子中，电子数等于原子核中的质子数。如果一个原子或原子团的正、负电荷不平衡，它就是离子：失去电子会形成正离子，获得电子则会形成负离子。普通物体中的正、负电荷不再相互抵消时，物体就会带电。(openstax.org)

电中性并不意味着物体中没有带电的组成粒子，而是说其正、负电荷的总和为零。不过，这些电荷的空间分布仍可能因附近的带电物体而改变。这种重新分布有助于解释带电物体为什么能吸引电中性物体：相对于同号电荷，异号电荷可能更靠近外部电荷，从而产生净吸引力。(openstax.org)

单位与量子化

在国际单位制（SI）中，电荷的单位是库仑，符号为 C，其中 $1\ \mathrm{C}=1\ \mathrm{A\,s}$。元电荷 $e$ 是电子电荷量的绝对值，其精确值为

国际单位制中安培的定义固定了这一数值。因此，电子所带电荷为 $-e$，质子所带电荷为 $+e$；一库仑约相当于 $6.24\times10^{18}$ 个元电荷。(physics.nist.gov)

在粒子层面，电荷是量子化的，而不是可以任意分割的。对于通过获得或失去电子而带上净电荷的普通物体，

其中 $n$ 为正整数、负整数或零。由于 $e$ 极小，宏观电荷常被视为连续分布，这一近似适用于许多计算。(openstax.org)

不过，夸克的情况需要特别说明。上型夸克所带电荷为 $+2e/3$，下型夸克所带电荷为 $-e/3$；它们的反粒子所带电荷符号相反。尚未观测到孤立的自由夸克，夸克被禁闭在复合粒子内部。因此，不能不加限定地将元电荷称为物质中任何组成粒子所能携带的最小电荷。(scoollab.web.cern.ch)

力与场

对于真空中的两个静止点电荷，库仑定律给出的作用力大小为：

其中 $r$ 是两者之间的距离，$\varepsilon_0$ 是真空介电常数。力的方向沿两电荷的连线。存在多个电荷时，总作用力是各电荷产生的作用力的矢量和，这称为叠加原理。对于具有空间延展的电荷分布，可以通过累加各微小电荷元的贡献来处理。(openstax.org)

电场描述空间各位置的电作用。电荷为 $q$ 的粒子在电场 $\mathbf E$ 中受到的电场力为 $q\mathbf E$。如果它以速度 $\mathbf v$ 在磁场 $\mathbf B$ 中运动，电场力与磁场力合成的洛伦兹力为

麦克斯韦方程组描述电荷和电流如何产生电磁场，以及这些场如何随时间演变。这些方程将带电物质的行为与电磁波联系起来。(openstax.org)

电荷守恒与电流

电荷是守恒的：如果没有电荷穿过一个系统的边界，该系统内电荷的代数和就保持不变。摩擦起电或接触起电只是使电荷在物体之间转移，而不会产生净电荷。粒子产生或消失时，电荷守恒同样成立。例如，一个电子和一个正电子可以湮灭为电中性的光子，这一过程前后的总电荷均为零。(openstax.org)

电流表示电荷通过某一表面的速率：

约定电流方向为正电荷移动的方向。在金属中，可移动的载流子是电子，其漂移方向与约定电流方向相反。在包括电解质在内的其他介质中，正离子和负离子都可以输运电荷。因此，存在电流并不一定意味着导电材料带有大量净电荷。(openstax.org)

起电与材料的电学行为

导体中存在能够较自由移动的电荷，而绝缘体则会强烈限制电荷的移动。置于导体上的电荷会重新分布；在绝缘体上，电荷则可能停留在局部区域。处于静电平衡时，导体材料内部的电场为零，多余电荷分布在其表面。这些区别涉及的是电荷的移动能力，而不是材料是否含有带电粒子。(openstax.org)

物体可以通过接触获得净电荷，也可以通过静电感应配合接地等电荷转移通路来获得净电荷。将带电物体移近一个孤立导体，会使导体中的电荷重新分布，但这一操作本身不会改变导体的总电荷。如果在此过程中将导体接地，电子就可能流入或流出；在移走产生感应的带电物体之前先断开接地连接，便可能使导体留下净电荷。(openstax.org)