文档介绍：第七周第十一讲
电磁学概述
大量实验事实证明,物件间相互作用不是超距发生的,而是由场传递的。电磁力就是由电磁场传递的。正是场与实物间的相互作用,才导致了实物间的相互作用。电磁学研究物质间电磁相互作用,研究电磁场的产生、变化和运动的规律。
ö关于电磁现象的观察记录
公元前约585年希腊学者泰勒斯观察到用布摩擦过的琥珀能吸引轻微物体。“电”(electricity)这个词就是来源于希腊文琥珀。
我载;《吕氏春秋》中有关“慈石召铁”的记载东汉时期王充所著《论衡》一书记有“顿牟缀芥,磁石引针”字句
ö电和磁现象的系统研究
英国的威廉·吉尔伯特在1600年出版的《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》一书中描述了对电现象所做的研究,把琥珀、金刚石、蓝宝石、硫磺、树脂等物质摩擦后会吸引轻小物体的作用称为“电性”,也正是他创造了“电”这个词。吉尔伯特第一次明确区分了以前常被人混在一起的电和磁这两种吸引。他指出这两种吸引之间有深刻的差异。
ö电磁现象的定量研究
从1785年库仑定律的建立开始,其后通过泊松、高斯等人的研究形成了静电场(以及静磁场)的(超距作用)理论。伽伐尼于1786年发现了电流,后经伏特、欧姆、法拉第等人发现了关于电流的定律。1820年奥斯特发现了电流的磁效应,一两年内,毕奥、萨伐尔、安培、拉普拉斯等作了进一步定量的研究。1831年法拉第发现了有名的电磁感应现象,并提出了场和力线的概念,进一步揭示了电与磁的联系。在这样的基础上,麦克斯韦集前人之大成,再加上他极富创见的关于感应电场和位移电流的假说,建立了以一套方程组为基础的完整的宏观的电磁场理论。
ö电磁学内容按性质来分,主要包括“场”和“路”两部分。大学物理偏重于从“场”的观点来进行阐述。“场”不同于实物物质,它具有空间分布,但同样具有质量、能量和动量,对矢量场(包括静电场和磁场)的描述通常用到“通量”和“环流”两个概念及相应的通量定理和环路定理。
ö静电场相对于观察者静止的电荷所激发的电场。
第一节电荷的量子化电荷守恒定律
一、电荷的种类(极性)
1. 带电
用摩擦或其它方法可使物体带电。
2. 电荷的概念
把带电体所带的电称为电荷。
3. 正电荷和负电荷
电荷有两种:正电、负电。1750年,美国物理学家富兰克林()首先命名。
同性电荷相斥,异性电荷相吸。
带电体所带电荷的多少叫电量。单位:库仑(C)。
4. 物质的电结构理论
物质由原子组成,原子由原子核和核外电子组成,原子核又由中子和质子组成。中子不带电,质子带正电,电子带负电。质子数和中子数相等,原子呈电中性。电荷是实物粒子的一种属性,它描述了实物粒子的电性质。
物体带电的本质是两种物体间发生了电子的转移。即一物体失去电子带正电,另一物体得到电子带负电。
二、电荷的量子性
1. 实验证明,在自然界中,电荷总是以一个基本单元的整数倍出现,
即 n为1,2,3,……
2. 电荷的这种只能取分立的、不连续量值的特性叫做电荷的量子性。
3. 电荷的基本单元就是一个电子所带电量的绝对值—。
1890年斯通尼引入了“电子”(electron)这一名称来表示带有负的基元电荷的粒子。
1913年密立根设计了有名的油滴试验,直接测定了此基元电荷的量值。
许多基本粒子都带有正的或负的基元电荷。微观粒子所带的基元电荷数常叫做它们各自的电荷数,都是正整数或负整数。
近代物理从理论上预言基本粒子由若干种夸克或反夸克组成,每一个夸克或反夸克带有或的电量。至今尚未从实验中直接发现单独存在的夸克或反夸克,仅在一些间接的实验中得到验证。
三、电荷守恒定律
由摩擦生电的实验可见,当一种电荷出现时,必然有相等量值的异号电荷同时出现;一种电荷消失时,必然有相等量值的异号电荷同时消失。因此,在孤立系统中,不管其中的电荷如何迁移,系统的电荷的代数和保持不变——电荷守恒定律。
现代物理研究已表明,在粒子的相互作用过程中,电荷是可以产生和消失的。然而电荷守恒并未因此而遭到破坏。
例如,电子对的“产生”
电子对的“湮灭”
四、电荷的运动不变性
一个电荷的电量与它的运动状态无关,即系统所带电荷与参考系的选取无关。
第二节库仑定律
一、点电荷的概念
当一个带电体本身的线度比所研究的问题中所涉及的距离小得多时,该带电体的形状与电荷在其上的分布状况均无关紧要,该带电体就可看作为一个带电的点,叫做点电荷。
二、库仑定律
1. 表述
在真空中,两个静止的点电荷之间的相互作用力,其大小与它们电荷的乘积成正比,与它们之间距离的二次方成反比;作用力的方向沿着两点电荷的连线,同号电荷相斥,异号电荷相吸。
2. 表达式
其中
称为真空