摩擦使物体带电的现象可以从物质结构加以说明。宏观物体(实物)都由分子、原子组成,而任何元素的原子都由一个带正电的原子核和一定数目的绕核运动的电子所组成,原子核又由带正电的质子和不带电的中子组成。每一个质子所带正电荷量和电子所带负电荷量是等值的,通常用+e和-e来表示(参看表7-1)。在正常情况下,原子内的电子数和原子核内的质子数相等,整个原子呈电中性。由于构成物体的原子是电中性的,因此,通常的宏观物体将处于电中性状态,物体对外不显示电的作用。当两种不同质料的物体相互紧密接触时,有一些电子会从一个物体迁移到另一个物体上去,结果使两物体都处于带电状态。因此所谓起电,实际上是通过某种作用,使该物体内电子不足或过多而呈带电状态。例如,通过摩擦可使两物体接触面的温度升高,促使一定量的电子获得足够的动能从一个物体迁移到另一个物体,从而使获得更多电子的物体带负电,失去电子的物体带正电。
实验证明,在一个与外界没有电荷交换的系统内,无论进行怎样的物理过程,系统内正、负电荷量的代数和总是保持不变,这就是由实验总结出来的电荷守恒定律,是物理学的基本定律之一。这个定律不仅在宏观带电体中的起电、中和、静电感应和电极化等现象中得到了证明,而且在微观物理过程中更是得到了精确验证。例如在下列典型的放射性衰变过程中
具有放射性的铀核含有92个质子,自发发射一个α粒子(即)后,蜕变为含有90个质子的钍核,保持了蜕变前后的总电荷量不变。又如,一个高能光子在重核附近可以转化为电子偶(一个正电子和一个负电子),光子的电荷量为零,电子偶的电荷量的代数和也为零;反之,电子偶也能湮没为光子,湮没前后,电荷量的代数和仍相等。其反应可表为
还要指出的是,电荷是相对论不变量,即电荷量与运动无关(见§8-5)。