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| − | + | 在[[电磁学]]裡，'''电荷''' （electric charge）是[[物质]]的一种[[物理性质]]。称带有电荷的物质为「带电物质」。两个带电物质之间会互相施加[[作用力]]于对方，也会感受到对方施加的作用力，所涉及的作用力遵守[[库仑定律]]。电荷分为两种，「正电荷」与「负电荷」。带有正电荷的物质称为「带正电」；带有负电荷的物质称为「带负电」。假若两个物质都带有正电或都带有负电，则称这两个物质「同电性」，否则称这两个物质「异电性」。两个同电性物质会相互感受到对方施加的排斥力；两个异电性物质会相互感受到对方施加的吸引力。 | |
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电荷是许多[[次原子粒子]]所拥有的一种基本守恒性质。称带有电荷的粒子为「带电粒子」。电荷决定了带电粒子在电磁方面的物理行为。静止的带电粒子会产生[[电场]]，移动中的带电粒子会产生[[电磁场]]，带电粒子也会被电磁场所影响。一个带电粒子与电磁场之间的相互作用称为[[电磁力]]或[[电磁交互作用]]。这是四种[[基本交互作用]]中的一种。 | 电荷是许多[[次原子粒子]]所拥有的一种基本守恒性质。称带有电荷的粒子为「带电粒子」。电荷决定了带电粒子在电磁方面的物理行为。静止的带电粒子会产生[[电场]]，移动中的带电粒子会产生[[电磁场]]，带电粒子也会被电磁场所影响。一个带电粒子与电磁场之间的相互作用称为[[电磁力]]或[[电磁交互作用]]。这是四种[[基本交互作用]]中的一种。 | ||
== 度量 == | == 度量 == | ||
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电荷的量称为「电荷量」<!--电荷是一种物质，电荷量是一个数。这里不知应不应该做出区别-->。在[[国际单位制]]裡，电荷量的符号以Q为表示，单位是库伦（C）。研究带电物质相互作用的经典学术领域称为[[经典电动力学]]。假若量子效应可以被忽略，则经典电动力学能够很正确地描述出带电物质在电磁方面的物理行为。 | 电荷的量称为「电荷量」<!--电荷是一种物质，电荷量是一个数。这里不知应不应该做出区别-->。在[[国际单位制]]裡，电荷量的符号以Q为表示，单位是库伦（C）。研究带电物质相互作用的经典学术领域称为[[经典电动力学]]。假若量子效应可以被忽略，则经典电动力学能够很正确地描述出带电物质在电磁方面的物理行为。 | ||
| − | 20世纪初，著名的[[油滴实验]]证实电荷具有[[量子]]性质 | + | 20世纪初，著名的[[油滴实验]]证实电荷具有[[量子]]性质可暂不去理会这个名词，而理解为电荷量必为某一特定常数的整数倍。，也就是说，电荷是由一堆称为[[基本电荷]]的单独小单位组成的。基本电荷以符号e标记，大约带有[[电荷量]]（电量）1.602× 10<sup>-19</sup>[[库仑]]。[[夸克]]是个例外，所带有的电量为e/3的倍数。[[质子]]带有电荷量e；[[电子]]带有电荷量-e。研究带电粒子与它们之间由[[光子]]媒介的相互作用的学术领域称为[[量子电动力学]]。 |
== 历史 == | == 历史 == | ||
| − | 西元前600年左右，希腊的哲学家[[泰勒斯]]（Thales, 640-546B.C.）记录，在摩擦猫毛于[[琥珀]]以后，琥珀会吸引像羽毛一类的轻微物体，假若摩擦时间够久，甚至会有火花出现<ref name=stewart> | + | 西元前600年左右，希腊的哲学家[[泰勒斯]]（Thales, 640-546B.C.）记录，在摩擦猫毛于[[琥珀]]以后，琥珀会吸引像羽毛一类的轻微物体，假若摩擦时间够久，甚至会有火花出现<ref name=stewart> first = Joseph | last= Stewart| title = Intermediate Electromagnetic Theory| publisher = World Scientific| year = 2001| page = pp. 50| isbn = 9-8102-4471-1</ref>。 |
| − | + | 1600年，英国医生[[威廉·吉尔伯特]]，对于电磁现象做了一个很仔细的研究。他指出琥珀并非唯一经过摩擦时会产生[[静电]]的物质，并且区分出电与磁不同的属性<ref name=Simpson> first = Brian | last = Simpson| title = Electrical Stimulation and the Relief of Pain| publisher = Elsevier Health Sciences| year = 2003| pages = pp. 5-6| isbn = 0-4445-1258-6</ref>。他撰写了第一本阐述电和磁的科学著作《论磁石》。吉尔伯特创建了[[新拉丁语]]的术语「electricus」（类似琥珀，从「ήλεκτρον」，「elektron」，希腊文的「琥珀」），意指摩擦后吸引小物体的性质<ref name =baigrie> first = Brian | last = Baigrie| title = Electricity and Magnetism: A Historical Perspective| publisher = Greenwood Press| year = 2006| pages = pp. 7-8, 36| isbn = 0-3133- 3358-0</ref>。这联结给出了英文字「electric」和「electricity」，最先出现于1646年，[[汤玛斯·布朗]] （Thomas Browne）的著作《Pseudodoxia Epidemica》（英文书名《Enquries into very many received tenets and commonly presumed truths》）<ref>first = Gordon | last = Chalmers| title = The Lodestone and the Understanding of Matter in Seventeenth Century England | journal = Philosophy of Science| year = 1937| volume = 4| issue = 1| pages = pp. 75-95| doi = 10.1086/286445</ref>。随后，于1660年，科学家[[奥托·冯·格里克]]发明了可能是史上第一部[[静电发电机]] （electrostatic generator）。他将一个[[硫磺]]球固定于一根铁轴的一端，然后一边旋转硫磺球，一边用干手摩擦硫磺球，使硫磺球产生电荷，能够吸引微小物质<ref>last = Williams| first = Henry| title = A History of science, Volume 2| publisher = Harper| origyear =1904 | |
| − | + | | pages =170| isbn =978-1151497598 </ref>。 | |
| − | 1600年，英国医生[[威廉·吉尔伯特]]，对于电磁现象做了一个很仔细的研究。他指出琥珀并非唯一经过摩擦时会产生[[静电]]的物质，并且区分出电与磁不同的属性<ref name=Simpson> | ||
| − | | pages =170| isbn =978-1151497598 | ||
| − | [[史蒂芬·戈瑞]] | + | [[史蒂芬·戈瑞]] （Stephen Gray）于1729年发现了[[电传导]]，电荷可以从一个物质传导至另外一个物质。只有一些物质会传导电荷，其中，[[金属]]的能力最为优良。从此，科学家不再认为产生电荷的物体与所产生的电荷是不可分离的，而认为电荷是一种独立存在的物质，在那时被称为'''电流体'''(electric fluid)<ref name="Whittaker"> author=Whittaker, ET|title=A history of the theories of aether and electricity. Vol 1| pages= pp. 37-44, 56 |publisher =Nelson, London |year=1951|url =http://www.archive.org/details/historyoftheorie00whitrich</ref>。1733年，[[查尔斯·琽费]] （Charles du Fay）将电分为两种，'''玻璃电'''和'''琥珀电'''。这两种电会彼此相互抵销。当玻璃与丝巾相摩擦时，玻璃会生成玻璃电；当琥珀与毛皮相摩擦时，琥珀会生成琥珀电。这理论称为'''电的双流体理论'''。使用一根带电丝线，就可以知道物质到底拥有玻璃电还是琥珀电。拥有玻璃电的物质会排斥带电丝线；拥有琥珀电的物质会吸引带电丝线<ref name=baigrie/>。 |
在十八世纪，走在电学最前端的专家非[[班杰明·富兰克林]]莫属。他认为'''电的单流体理论'''比较正确。他想像电储存于所有物质裡，并且通常处于平衡状态，而摩擦动作会使得电从一个物体流动至另一个物体。例如，他认为累积的电是储存于[[莱顿瓶]]的玻璃，用丝巾摩擦玻璃使得电从丝巾流动至玻璃。这流动形成了电流。他建议电量低于平衡的物体载有负的电量，电量高于平衡的物体载有正的电量。他任意地设定玻璃电为正电，具有多余的电；而琥珀电为负电，缺乏足够的电。同时期，[[威廉·沃森]]也达到同样的结论。1747年，富兰克林假设在一个孤立系统内，总电荷量恒定，这称为[[电荷守恒定律]]<ref name="Whittaker"/>。 | 在十八世纪，走在电学最前端的专家非[[班杰明·富兰克林]]莫属。他认为'''电的单流体理论'''比较正确。他想像电储存于所有物质裡，并且通常处于平衡状态，而摩擦动作会使得电从一个物体流动至另一个物体。例如，他认为累积的电是储存于[[莱顿瓶]]的玻璃，用丝巾摩擦玻璃使得电从丝巾流动至玻璃。这流动形成了电流。他建议电量低于平衡的物体载有负的电量，电量高于平衡的物体载有正的电量。他任意地设定玻璃电为正电，具有多余的电；而琥珀电为负电，缺乏足够的电。同时期，[[威廉·沃森]]也达到同样的结论。1747年，富兰克林假设在一个孤立系统内，总电荷量恒定，这称为[[电荷守恒定律]]<ref name="Whittaker"/>。 | ||
| − | + | 十八世纪后期，在数量方面对于电的研究开始有实质的发展。1785年，使用[[查尔斯·库仑]]与[[约瑟夫·普利斯特里]]分别独立发明的[[扭秤]] （torsion balance），库仑证实了普利斯特里的基本定律：载有静态电荷的两个物体之间感受的作用力与距离成平方反比。这奠定了静电的基本[[库仑定律|定律]]<ref name="Whittaker"/>。 | |
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| − | 十八世纪后期，在数量方面对于电的研究开始有实质的发展。1785年，使用[[查尔斯·库仑]]与[[约瑟夫·普利斯特里]]分别独立发明的[[扭秤]] | ||
1897年，[[剑桥大学]][[卡文迪许实验室]]的[[约瑟夫·汤姆孙]]观察到[[阴极射线]]会因为电场或磁场而偏转，他推论阴极射线是由带负电的粒子所组成，后来称为电子。从阴极射线的偏转，他计算出电子的[[电荷质量比]]，因此获得了1906年的[[诺贝尔物理学奖]]。 | 1897年，[[剑桥大学]][[卡文迪许实验室]]的[[约瑟夫·汤姆孙]]观察到[[阴极射线]]会因为电场或磁场而偏转，他推论阴极射线是由带负电的粒子所组成，后来称为电子。从阴极射线的偏转，他计算出电子的[[电荷质量比]]，因此获得了1906年的[[诺贝尔物理学奖]]。 | ||
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1904年，汤姆森创立了[[原子]]的[[梅子布丁模型]]：原子的结构被类比于梅子布丁，负电荷（梅子）分散于正电荷的圆球（布丁）。这模型被[[欧尼斯特·拉塞福]]的[[拉塞福散射]]实验于1909年推翻。拉塞福又提出[[拉塞福模型]]：大多数的质量和正电荷，都集中于一个很小的区域（[[原子核]]）；电子则包围在原子核区域的外面。 | 1904年，汤姆森创立了[[原子]]的[[梅子布丁模型]]：原子的结构被类比于梅子布丁，负电荷（梅子）分散于正电荷的圆球（布丁）。这模型被[[欧尼斯特·拉塞福]]的[[拉塞福散射]]实验于1909年推翻。拉塞福又提出[[拉塞福模型]]：大多数的质量和正电荷，都集中于一个很小的区域（[[原子核]]）；电子则包围在原子核区域的外面。 | ||
| − | 1909年，美国物理学家[[罗伯特·密立根]]做了一个著名实验，称为[[油滴实验]]，可以淮确地测量出电子的电荷量。汤姆孙和学生[[约翰·汤森德]] | + | 1909年，美国物理学家[[罗伯特·密立根]]做了一个著名实验，称为[[油滴实验]]，可以淮确地测量出电子的电荷量。汤姆孙和学生[[约翰·汤森德]] （John Townsend）使用[[电解]]的离子气体来将[[过饱和溶液|过饱和]]水蒸气凝结，经过测量带电水珠粒的电荷量，也得到了相似结果<ref name="Dahl1997">first=Per F. |last=Dahl|year=1997|title=Flash of the Cathode Rays: A History of JJ Thomson's Electron|page=72, 176-181|publisher=CRC Press|isbn=0750304537</ref>。于1911年，[[亚伯兰·约费]] （Abram Ioffe）使用带电金属微粒，独立地得到同样的结果<ref>last=Kikoin |first=Isaak K.|last2=Sominskiĭ |first2=Isaak S.|year=1961 |title=Abram Fedorovich Ioffe (on his eightieth birthday)|journal=Soviet Physics Uspekhi |
| − | |volume=3 |pages=798–809|doi=10.1070/PU1961v003n05ABEH005812 | + | |volume=3 |pages=798–809|doi=10.1070/PU1961v003n05ABEH005812</ref>。 |
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== 点电荷 == | == 点电荷 == | ||
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'''点电荷'''是带电粒子的理想模型。真正的点电荷并不存在，只有当带电粒子之间的距离超大于粒子的尺寸，或是带电粒子的形状与大小对于彼此相互施加的作用力的影响能够被忽略时，可称此带电体为「点电荷」。 | '''点电荷'''是带电粒子的理想模型。真正的点电荷并不存在，只有当带电粒子之间的距离超大于粒子的尺寸，或是带电粒子的形状与大小对于彼此相互施加的作用力的影响能够被忽略时，可称此带电体为「点电荷」。 | ||
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在[[粒子物理学]]中，许多粒子都带有电荷。电荷在[[粒子物理学]]中是一个相加性量子数，[[电荷守恒定律]]也适用于粒子，反应前粒子的电荷之和等于反应后粒子的电荷之和，这对于[[强相互作用]]、[[弱相互作用]]、[[电磁相互作用]]都是严格成立的。 | 在[[粒子物理学]]中，许多粒子都带有电荷。电荷在[[粒子物理学]]中是一个相加性量子数，[[电荷守恒定律]]也适用于粒子，反应前粒子的电荷之和等于反应后粒子的电荷之和，这对于[[强相互作用]]、[[弱相互作用]]、[[电磁相互作用]]都是严格成立的。 | ||
| − | 反粒子带有的电荷与对应粒子带有的电荷，电量相同，电性相异。夸克带有非整数电荷，不是-e/3，就是2e/3；但是科学家从未观察到单独夸克的存在（这事实可以用[[渐近自由]] | + | 反粒子带有的电荷与对应粒子带有的电荷，电量相同，电性相异。夸克带有非整数电荷，不是-e/3，就是2e/3；但是科学家从未观察到单独夸克的存在（这事实可以用[[渐近自由]] （Asymptotic freedom）的理论来解释）。 |
== 电荷宇称时间对称 == | == 电荷宇称时间对称 == | ||
| − | [[电荷宇称时间对称]] | + | [[电荷宇称时间对称]] （CPT-symmetry）对于粒子和反粒子的相对特性设下了强烈的约束。因此，可以严格地测试这理论。例如，[[质子]]和[[反质子]]的电荷的总和必须正好等于零。这全等式的精确度已经作实验测试至10<sup>8</sup>分之一。使用[[潘宁阱]] （Penning trap）来囚禁反质子，质子和反质子的[[电荷质量比]]相等性质的精确度也被测试至6×10<sup>9</sup>分之一<ref>citation|author=G. Gabrielse|year=2006|title=Antiproton mass measurements|journal=International Journal of Mass Spectrometry|volume=251 |issue=2–3 |pages=273–280|doi=10.1016/j.ijms.2006.02.013</ref>。 |
== 电荷守恒 ==<!--link电荷守恒--> | == 电荷守恒 ==<!--link电荷守恒--> | ||
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於 2018年12月26日 (三) 19:14 的修訂
在電磁學裡，電荷（electric charge）是物質的一種物理性質。稱帶有電荷的物質為「帶電物質」。兩個帶電物質之間會互相施加作用力於對方，也會感受到對方施加的作用力，所涉及的作用力遵守庫侖定律。電荷分為兩種，「正電荷」與「負電荷」。帶有正電荷的物質稱為「帶正電」；帶有負電荷的物質稱為「帶負電」。假若兩個物質都帶有正電或都帶有負電，則稱這兩個物質「同電性」，否則稱這兩個物質「異電性」。兩個同電性物質會相互感受到對方施加的排斥力；兩個異電性物質會相互感受到對方施加的吸引力。
電荷是許多次原子粒子所擁有的一種基本守恆性質。稱帶有電荷的粒子為「帶電粒子」。電荷決定了帶電粒子在電磁方面的物理行為。靜止的帶電粒子會產生電場，移動中的帶電粒子會產生電磁場，帶電粒子也會被電磁場所影響。一個帶電粒子與電磁場之間的相互作用稱為電磁力或電磁交互作用。這是四種基本交互作用中的一種。
度量
電荷的量稱為「電荷量」。在國際單位制裡，電荷量的符號以Q為表示，單位是庫倫（C）。研究帶電物質相互作用的經典學術領域稱為經典電動力學。假若量子效應可以被忽略，則經典電動力學能夠很正確地描述出帶電物質在電磁方面的物理行為。
20世紀初，著名的油滴實驗證實電荷具有量子性質可暫不去理會這個名詞，而理解為電荷量必為某一特定常數的整數倍。，也就是說，電荷是由一堆稱為基本電荷的單獨小單位組成的。基本電荷以符號e標記，大約帶有電荷量（電量）1.602× 10-19庫侖。夸克是個例外，所帶有的電量為e/3的倍數。質子帶有電荷量e；電子帶有電荷量-e。研究帶電粒子與它們之間由光子媒介的相互作用的學術領域稱為量子電動力學。
歷史
西元前600年左右，希臘的哲學家泰勒斯（Thales, 640-546B.C.）記錄，在摩擦貓毛於琥珀以後，琥珀會吸引像羽毛一類的輕微物體，假若摩擦時間夠久，甚至會有火花出現[1]。 1600年，英國醫生威廉·吉爾伯特，對於電磁現象做了一個很仔細的研究。他指出琥珀並非唯一經過摩擦時會產生靜電的物質，並且區分出電與磁不同的屬性[2]。他撰寫了第一本闡述電和磁的科學著作《論磁石》。吉爾伯特創建了新拉丁語的術語「electricus」（類似琥珀，從「ήλεκτρον」，「elektron」，希臘文的「琥珀」），意指摩擦後吸引小物體的性質[3]。這聯結給出了英文字「electric」和「electricity」，最先出現於1646年，湯瑪斯·布朗（Thomas Browne）的著作《Pseudodoxia Epidemica》（英文書名《Enquries into very many received tenets and commonly presumed truths》）[4]。隨後，於1660年，科學家奧托·馮·格里克發明了可能是史上第一部靜電發電機（electrostatic generator）。他將一個硫磺球固定於一根鐵軸的一端，然後一邊旋轉硫磺球，一邊用干手摩擦硫磺球，使硫磺球產生電荷，能夠吸引微小物質[5]。
史蒂芬·戈瑞（Stephen Gray）於1729年發現了電傳導，電荷可以從一個物質傳導至另外一個物質。只有一些物質會傳導電荷，其中，金屬的能力最為優良。從此，科學家不再認為產生電荷的物體與所產生的電荷是不可分離的，而認為電荷是一種獨立存在的物質，在那時被稱為電流體(electric fluid)[6]。1733年，查爾斯·琽費（Charles du Fay）將電分為兩種，玻璃電和琥珀電。這兩種電會彼此相互抵銷。當玻璃與絲巾相摩擦時，玻璃會生成玻璃電；當琥珀與毛皮相摩擦時，琥珀會生成琥珀電。這理論稱為電的雙流體理論。使用一根帶電絲線，就可以知道物質到底擁有玻璃電還是琥珀電。擁有玻璃電的物質會排斥帶電絲線；擁有琥珀電的物質會吸引帶電絲線[3]。
在十八世紀，走在電學最前端的專家非班傑明·富蘭克林莫屬。他認為電的單流體理論比較正確。他想像電儲存於所有物質裡，並且通常處於平衡狀態，而摩擦動作會使得電從一個物體流動至另一個物體。例如，他認為累積的電是儲存於萊頓瓶的玻璃，用絲巾摩擦玻璃使得電從絲巾流動至玻璃。這流動形成了電流。他建議電量低於平衡的物體載有負的電量，電量高於平衡的物體載有正的電量。他任意地設定玻璃電為正電，具有多餘的電；而琥珀電為負電，缺乏足夠的電。同時期，威廉·沃森也達到同樣的結論。1747年，富蘭克林假設在一個孤立系統內，總電荷量恆定，這稱為電荷守恆定律[6]。 十八世紀後期，在數量方面對於電的研究開始有實質的發展。1785年，使用查爾斯·庫侖與約瑟夫·普利斯特里分別獨立發明的扭秤（torsion balance），庫侖證實了普利斯特里的基本定律：載有靜態電荷的兩個物體之間感受的作用力與距離成平方反比。這奠定了靜電的基本定律[6]。
1897年，劍橋大學卡文迪許實驗室的約瑟夫·湯姆孫觀察到陰極射線會因為電場或磁場而偏轉，他推論陰極射線是由帶負電的粒子所組成，後來稱為電子。從陰極射線的偏轉，他計算出電子的電荷質量比，因此獲得了1906年的諾貝爾物理學獎。
1904年，湯姆森創立了原子的梅子布丁模型：原子的結構被類比於梅子布丁，負電荷（梅子）分散於正電荷的圓球（布丁）。這模型被歐尼斯特·拉塞福的拉塞福散射實驗於1909年推翻。拉塞福又提出拉塞福模型：大多數的質量和正電荷，都集中於一個很小的區域（原子核）；電子則包圍在原子核區域的外面。
1909年，美國物理學家羅伯特·密立根做了一個著名實驗，稱為油滴實驗，可以淮確地測量出電子的電荷量。湯姆孫和學生約翰·湯森德（John Townsend）使用電解的離子氣體來將過飽和水蒸氣凝結，經過測量帶電水珠粒的電荷量，也得到了相似結果[7]。於1911年，亞伯蘭·約費（Abram Ioffe）使用帶電金屬微粒，獨立地得到同樣的結果[8]。
靜電
假設在平衡狀況，某物體的總電量不等於零，也就是說，這物體帶有正電荷或負電荷，則稱此物體帶有靜電。這方面的問題屬於靜電學領域。琥珀在經過用貓毛摩擦後，能夠吸引輕小物體，這現象稱為的靜電現象。這是負電荷從貓毛轉移到琥珀後，所呈現的電性。當兩個處於電勢不相等的物體相互接觸在一起，就會發生另外一種靜電現象，稱為靜電放電，使得一個物體的電荷流動至另一個物體，從而促成電勢相等。雷電是一種比較劇烈的靜電放電。在大自然中，因為雲層累積的正負電荷劇烈中和，會產生雷電和其所伴隨的電光、雷聲、熱量。
點電荷
點電荷是帶電粒子的理想模型。真正的點電荷並不存在，只有當帶電粒子之間的距離超大於粒子的尺寸，或是帶電粒子的形狀與大小對於彼此相互施加的作用力的影響能夠被忽略時，可稱此帶電體為「點電荷」。
一個實際帶電體能否視為點電荷，不僅與帶電體本身有關，還取決於問題的性質和精確度的要求。點電荷是建立基本規律時必要的抽象概念，也是分析複雜問題時不可少的分析手段。例如，庫侖定律、勞侖茲力定律的建立，帶電體所產生的電場以及幾個帶電體之間彼此相互作用的定量研究，試驗電荷的引入等等，都應用了點電荷的觀念。
庫侖定律
給予兩個電量分別為<math>q</math>、<math>q'</math>，位置分別為<math>\mathbf{r}</math>、<math>\mathbf{r}'</math>的點電荷。根據庫侖定律，點電荷<math>q'</math>作用於點電荷<math>q</math>的力量<math>\mathbf{F}\ ,\!</math>的大小與方向，以方程式表達為
- <math>\mathbf{F}= \cfrac{1}{4\pi\epsilon_0}\cfrac{qq'\ (\mathbf{r} - \mathbf{r}')}{|\mathbf{r} - \mathbf{r}'|^3}</math>。
假若兩個點電荷同性（電荷的正負號相同），則其電量的乘積<math>qq'</math>是正值，兩個點電荷互相排斥。反之，假若兩個點電荷異性（電荷的正負號相反），則其電量的乘積<math>qq'</math>是負值，兩個點電荷互相吸引。
束縛電荷與自由電荷
有時候，雖然物體的總電量等於零，電荷分布可能會不均勻（例如，因為存在着外電場）。對於這狀況，這物質稱為電極化物質。束縛電荷是由於電極化而出現的電荷，束縛於原子內部。與束縛電荷明顯不同，自由電荷是從外部置入的額外的電荷，不被束縛於原子內部。帶電粒子朝着某方向的運動形成了電流，特別是在金屬內部運動的電子。
粒子的電荷
在粒子物理學中，許多粒子都帶有電荷。電荷在粒子物理學中是一個相加性量子數，電荷守恆定律也適用於粒子，反應前粒子的電荷之和等於反應後粒子的電荷之和，這對於強相互作用、弱相互作用、電磁相互作用都是嚴格成立的。
反粒子帶有的電荷與對應粒子帶有的電荷，電量相同，電性相異。夸克帶有非整數電荷，不是-e/3，就是2e/3；但是科學家從未觀察到單獨夸克的存在（這事實可以用漸近自由（Asymptotic freedom）的理論來解釋）。
電荷宇稱時間對稱
電荷宇稱時間對稱（CPT-symmetry）對於粒子和反粒子的相對特性設下了強烈的約束。因此，可以嚴格地測試這理論。例如，質子和反質子的電荷的總和必須正好等於零。這全等式的精確度已經作實驗測試至108分之一。使用潘寧阱（Penning trap）來囚禁反質子，質子和反質子的電荷質量比相等性質的精確度也被測試至6×109分之一[9]。
電荷守恆
流入某體積<math>\mathbb{V}</math>的淨電流為
- <math>I=-\oint_\mathbb{S} \mathbf{J} \cdot \mathrm{d}^2\mathbf{r}</math>；
其中，<math>I</math>是電流，<math>\mathbf{J}</math>是電流密度，<math>\mathbb{S}</math>是包圍體積<math>\mathbb{V}</math>的閉曲面，<math>\mathrm{d}^2\mathbf{r}</math>是微小面向量元素，垂直於<math>\mathbb{S}</math>從體積內朝外指出。
應用散度定理，將這方程式寫為
- <math>I=-\int_\mathbb{V} \nabla\cdot\mathbf{J}\ \mathrm{d}^3r</math>。
總電荷量<math>Q</math>與體積<math>\mathbb{V}</math>內的電荷密度<math>\rho</math>的關係為
- <math>Q=\int_\mathbb{V} \rho\ \mathrm{d}^3r</math>。
電荷守恆要求，流入體積<math>\mathbb{V}</math>的淨電流，等於體積<math>\mathbb{V}</math>內總電荷量<math>Q</math>的變率：
- <math>\frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d} t}=I=\int_\mathbb{V} \frac{\partial \rho}{\partial t}\ \mathrm{d}^3r</math>。
所以，
- <math>\int_\mathbb{V}\frac{\partial \rho}{\partial t}+\mathbf{\nabla} \cdot \mathbf{J}\ \mathrm{d}^3r=0</math>。
對於任意體積<math>\mathbb{V}</math>，上述方程式都成立。所以，可以將被積式提取出來：[10]
- <math>\frac{\partial \rho}{\partial t}+\nabla \cdot \mathbf{J} =0</math>。