高中物理实用辞典素材：：电动力学

用心 爱心 专心 电动力学电动力学 研究电磁运动一般规律的科学 它以麦克斯韦方程组和洛仑兹 力公式为出发点 运用数学方法 结合有关物质结构的知识 建立完整的电磁理 论 分别从宏观和微观的角度来阐明各种电磁现象 同量子理论结合又产生了量 子电动力学 电子的发现电子的发现 19 世纪末 电学兴起 这提供了破坏原子的方法 在低压气 体下放电 原子被分为带电的两部分 1897 年 美国的汤姆逊在研究该两部分电 荷时 发现其一带负电 称为电子 而另一个较重要的部分则带正电 这一事 实说明原子不再是不可分割的 1895 年 德国的仑琴发现 X 光 接着贝克勒尔及 居里夫妇相继发现放射性元素 放射性元素就是可放出 某些东西 的原子 这 些东西后来被称为 粒子 飞行很快 可穿透物质 这一穿透能力很快应 用于探讨原子内部构造的工具 实验结果有时粒子毫无阻碍地通过 有时则又发 生猛烈的碰撞 用汤姆逊的原子模型不能解释 1911 年卢瑟福为了解释这一实验 结果 提出一个新的原子模型 他证明 原子中带正电的部分必须集中于一个非 常小而重的原子核里 而电子则如行星绕日般地围着原子核转动 原子核与电子 间是有很大空隙的 用这一模型算出的数值 证实了实验结果 场的迭加原理场的迭加原理 如果一个电场由 n 个点电荷共同激发时 那么电场中任一 点的总场强将等于 n 个点电荷在该点各自产生场强的矢量和即 电力线电力线 电力线是描述电场分布情况的图像 它是由一系列假想的曲线构 成 曲线上各点的切线方向和该点的电场方向一致 曲线的疏密程度 跟该处的 电场强度成正比 电力线比较形象地表示出电场的强弱和方向 在静电场中电力 线从正电荷开始而终止于负电荷 不形成闭合线也不中断 在涡旋电场中 电力 线是没有起点和终点的闭合线 由于电场中的某一点只有一个电场方向 所以任 何两条电力线不能相交 电力线上各点的电势 电位 沿电力线方向不断减小 法拉第法拉第 Faraday Michel 1791 1867 法拉第是著名的英国物理学 家和化学家 他发现了电磁感应现象 这在物理学上起了重要的作用 1834 年他 研究电流通过溶液时产生的化学变化 提出了法拉第电解定律 这一定律为发展 电结构理论开辟了道路 也是应用电化学的基础 1845 年 9 月 13 日法拉第发现 一束平面偏振光通过磁场时发生旋转 这种现象被称为 法拉第效应 光既然 与磁场发生相互作用 法拉第便认为光具有电磁性质 1852 年他引进磁力线概念 他主张电磁作用依靠充满空间的力线传递 为麦克斯韦电磁理论开辟了道路 也 是提出光的电磁波理论的先驱 他的很多成就都是很重要的 带根本性的理论 他制造了世界上第一台发电机 所有现代发电机都是根据法拉第的原理制作的 法拉第还发现电介质的作用 创立了介电常数的概念 后来电容的单位 法拉 就是用他的名字命名的 法拉第从小就热爱科学 立志献身于科学事业 终于成 为了一个伟大的物理学家 麦克斯韦麦克斯韦 Maxwell James Clerk 英国物理学家 1831 1879 阿伯丁 的马里查尔学院和伦敦皇家学院 剑桥大学教授 并且是著名的卡文迪什实验室 用心 爱心 专心 的奠基人 皇家学会会员 在汤姆逊的影响下进行电磁学的研究 提出了著名的 麦克斯韦方程式 这是电磁学中场的最基本的理论 麦克斯韦从理论上计算出电 磁波传播速度等于光速 他认为 光就是电磁波的一种形态 对于统计力学 气 体分子运动论的建立也作出了贡献 引进了气体分子的速度分布律以及分子之间 相互碰撞的平均自由程的概念 著有 论法拉第力线 论物理力线 电 磁场运动论 论电和磁 气体运动论的证明 气体运动论 还著 有 热理论 物质与运动 等教科书 超距作用超距作用 一些早期的经典物理学者认为对于不相接触的物体间发生相互 作用 如两电荷之间的作用力以及物体之间的万有引力都是所谓的 超距作用力 这种力与存在于两物体间的物质无关 而是以无限大速度在两物体间直接传递 的 但是 电磁场的传播速度等于光速的这一事实说明电的作用力和电场的传播 速度是有限的 因此 超距作用 论便自然被否定了 实际上 电磁场就是物质 的一种形态 因此不需借助其他物质传递 导体导体 在外电场作用下能很好地传导电流的物体叫做导体 导体之所以能 导电 是由于它具有大量的可以自由移动的带电粒子 自由电子 离子等 电 导率在 102 欧姆 厘米 1以上的固体 如金属 以及电解液等都是导体 金 属和电解液分别依靠自由电子和正负离子起导电作用 自由电荷自由电荷 存在于物质内部 在外电场作用下能够自由运动的正负电荷 金属导体中的自由电荷是带负电的电子 因为金属原子中的外层电子与原子核的 联系很弱 在其余原子的作用下会脱离原来的原子而在整块金属中自由运动 在 没有外电场时这种运动是杂乱无章的 因此不会形成电流 在外电场作用下 电 子能按一定方向流动而形成电流 电解液或气体中的离子也都是自由电荷 束缚电荷束缚电荷 电介质中的分子在电结构方面的特征是原子核对电子有很大的 束缚力 即使在外电场的作用下 这些电荷也只能在微观范围有所偏离 但它们 一般不会彼此相互脱离 例如 电介质在外电场作用下从微观上看是分子发生电 极化 微观电极化的宏观效果就是沿电场方向 在电介质的两端出现两种等量而 异号的感应电荷 研究电介质的电性质时 应主要考虑束缚电荷的作用 电量电量 物体所带电荷的多少叫做电量 在国际单位制中 电量的单位是库 仑 静电系单位制的电量为静库 物体所带电荷的量值是不连续的 单个电子的 电量是电量的最小单元 其值为 1 6 10 19库仑 一切带电体所带电量的数值都 必须是电子电量 e 的整数倍 电离电离 原子是由带正电的原子核及其周围的带负电的电子所组成 由于原 子核的正电荷数与电子的负电荷数相等 所以原子是中性的 原子最外层的电子 称为价电子 所谓电离 就是原子受到外界的作用 如被加速的电子或离子与原 子碰撞时使原子中的外层电子特别是价电子摆脱原子核的束缚而脱离 原子成为 带一个 或几个 正电荷的离子 这就是正离子 如果在碰撞中原子得到了电子 则就成为负离子 用心 爱心 专心 静电平衡静电平衡 在静电感应过程中 随着导体两端的正负电荷的不断积累 所 产生的附加电场不断增强 直至跟导体内的外电场完全抵消 这时导体中的总电 场处处为零 自由电荷不受电场力的作用 不再移动 导体两端的电荷不再增加 此时导体达到静电平衡状态 静电平衡状态的导体有如下的性质 1 导体内 部场强处处为零 2 导体是个等势体 导体表面是个等势面 3 导体表面 上任何一点的场强都垂直于该点的表面 4 电荷只能分布在导体的表面上 导体内部不存在净电荷 静电屏蔽静电屏蔽 为了避免外界电场对仪器设备的影响 或者为了避免电器设备 的电场对外界的影响 用一个空腔导体把外电场遮住 使其内部不受影响 也不 使电器设备对外界产生影响 这就叫做静电屏蔽 空腔导体不接地的屏蔽为外屏 蔽 空腔导体接地的屏蔽为全屏蔽 空腔导体在外电场中处于静电平衡 其内部 的场强总等于零 因此外电场不可能对其内部空间发生任何影响 若空腔导体内 有带电体 在静电平衡时 它的内表面将产生等量异号的感生电荷 如果外壳不 接地则外表面会产生与内部带电体等量而同号的感生电荷 此时感应电荷的电场 将对外界产生影响 这时空腔导体只能对外电场屏蔽 却不能屏蔽内部带电体对 外界的影响 所以叫外屏蔽 如果外壳接地 即使内部有带电体存在 这时内表 面感应的电荷与带电体所带的电荷的代数和为零 而外表