第17章真空中的静电场1库仑定律(565KB).pptVIP

第四篇 电磁学 电磁运动是物质运动的一种最基本的运动形式，电磁学是研究电磁场的基本性质和基本规律及电磁场与物质的相互作用的科学。电磁学在现代物理学中占有重要地位。 Electric comes from the Greek word for amber, Magnet comes from the place name of Greek. 远在公元前6世纪，希腊哲学家塞利斯(Thales)已记载了用布摩擦过的琥珀能吸引草屑的现象。同一时期即春秋战国末年我国发现了磁铁矿吸铁的现象，并用制成了指南针。 最初，人们认为电现象和磁现象是互不相关的，直到1819年，奥斯特(H.C.Oersted)发现了电流对磁针的作用，人们才开始认识到电和磁的关系。 I 关于电磁现象的定量研究，最早是库仑(Coulomb), 1785年对于电荷之间相互作用的研究。后通过泊松(Poisson)、高斯(Gauss)等人的研究形成了静电场(及静磁场)的理论。 伽伐尼(Galvani)1786年发现了电流，后经伏特(Volta)、欧姆(Ohm)、法拉第(Faraday)等人发现关于电流的定律。 1865年，麦克斯韦 (J.C.Maxwell) 在前人的基础上，提出了涡旋电场和位移电流两个假说，以其深刻的物理思想、高超的数学技巧建立了系统的电磁场理论，并由此预言了电磁波的存在，且指出光是一种电磁波，使光学成为电磁场理论的组成部分，完成了电、磁、光现象的理论大综合。 一两年后，毕奥(Biot)、萨伐尔(Savart)、安培(Ampere)、拉普拉斯(Laplace)等作了进一步定量的研究。 1831年法拉第(H.Faraday)发现了电磁感应现象及其规律，并提出了场和场线的概念，使人们对电现象和磁现象的内在关系有了更为深刻的认识。 由于电场和磁场是统一电磁场的两个侧面，本篇先分别讨论电现象和磁现象，再讨论电和磁的联系，介绍统一的电磁运动的规律。 本篇将介绍电磁现象与电磁规律及其在生产和科研中的一些应用。 第十七章 静电场 1913年，密立根用液滴法从实验中测出所有电子都具有相同的电荷，而且带电体的电荷是电子电荷 e 的整数倍： q=ne, n=1,2,3,... e =1.60×10-19C Charge is Quantized 2. 电荷守恒定律 3. 电荷量子化 17-1 库仑定律 Coulomb’s law 一. 电荷(Electric Charge) 1. 电荷的相互作用 电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的性质，叫作电荷的量子化。电子的电荷 e 称为基元电荷，或电荷的量子。 二. 库仑定律 库仑 (Charlse-Augustin de Coulomb 1736 ~1806) 1773年提出的计算物体上应力和应变分布情况的方法，是结构工程的理论基础。 1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论。他还通过对滚动和滑动摩擦的实验研究，得出摩擦定律。 1785~1789年，用扭秤测量静电力和磁力，导出著名的库仑定律。 法国物理学家 Coulombs Torsion Balance 库仑定律(Coulomb’s law) 两个点电荷之间的相互作用力的大小和它们的电量的乘积成正比，与它们之间的距离的平成反比。作用力的方向在两点电荷的连线上，且“同性相斥，异性相吸”。 方向：同性相斥，异性相吸。 K = 9?109 N·m2/C2 = 9?109 米/法。 r q1 + + q2 r + q1 -- q2 有理化： 真空中的介电常数(真空中的电容率). 为施力点电荷指向受力点电荷的单位矢量. 矢量化： _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + 当带电体处于电介质(绝缘体)中时,电介质会发生极化而出现极电荷(束缚电荷),其宏观效果相当于减少带电体的电荷量,从而减弱带电体间的作用力. 电介质中的库仑定律： 介质的介电常数(电容率) 相对介电常数(电容率) - + + + 叠加性： 例：氢原子中电子与质子之间的距离约为5.3×10-11m，求它们之间的库仑力与万有引力，并比较它们的大小。 解：氢原子核与电子可看作点电荷 万有引力为： 在原子中，作用在电子上的力，主要是电场力，万有引力完全可以忽略不计。 Example: Charge q1=+25nC, is at the origin, charge q2