物理静电场.ppt

静电场
(Electrostatic Field)
引言(Introduction)
静止电荷在周围产生的电场称静电场,静电场中的
带电体系要感受到力的作用,这就是静电现象,静
电现象是基本的自然现象之一。
从微观到宏观、从非生命界到生命界,静电现象
及其规律都具有重要的理论意义和应用价值。
本章重点介绍静电场的概念、计算方法、基本规律及
其应用。本章所涉及的内容,无论概念的引入、定律
的表述或者分析方法的介绍,就思维方法来讲,对整
个电磁学(甚至整个物理学)都具有普遍意义。
§1 电场强度(Electric Field Intensity)
历史的回顾
从电闪雷鸣、摩擦起电现象的观察到避雷针的应用,从莱顿瓶与伏打电池的发明到对电荷守恒以及电本性的探索,粗略地勾画出人类对电现象从观察、应用、研制设备乃至试图做出解释的早期历史轨迹,它宣告物理学一个新的研究领域——电学的诞生。
“上帝之火”——雷电是最早发现的电现象,但是,最早有记载的对电的研究是摩擦生电。后来美国富于创意和冒险精神的科学家富兰克林将地电(摩擦生电)和天电(雷电)统一起来,提出了正电荷和负电荷及电荷守恒的概念,为电学的研究打开了门径。
(B. Franklin)
现在对电荷(charge)的认识
对称性:自然界存在正负两种电荷
量子性:
电荷守恒定律:孤立系统中电荷的代数和保持不变
密立根
夸克模型认为具有分数电荷( 或)
相对论不变性:电荷的电量与它的运动状态无关
范德格拉夫起电机
大型起电器
感应起电机
形形色色的起电装置
视频:范氏起电器
怒发冲冠!
尽管电荷是量子化的,但是,一般讨论电磁现象的宏观规律,所涉及的电荷是元电荷的许多倍,忽略了电荷的量子性所引起的微观上的不连续性,而认为电荷连续分布于带电体上。在阐述某些宏观现象的微观本质时,需要从电荷的量子性出发来讨论。
应该说人们对电荷的认识还很不够,如在理论上还不能解释自然界中最小电量为什么是“e”?质子和电子带电量相等的精度为什么如此之高?电子的内部是否还有结构? 如果电子有内部结构的话,那么内部各部分之间应有静电斥力,是什么力量使电量e能聚集在电子那样小的范围(10 -13m)内却不会因斥力而溃散?等等,这些问题至今令人迷惑不解。
述评
库仑扭秤
一、库仑定律(Coulomb’s law)
相对于惯性系而言,自由空间(或真空)中两个静止点电荷之间的作用力(斥力或吸力,统称库仑力)与这两个电荷所带电量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比,作用力的方向沿着这两个点电荷的连线。