大学物理:静电场
静电场是指相对于观察者静止的电荷所激发的电场。电荷之间的相互作用是通过电场来实现的,而不是“超距作用”。电学理论建立在“场”的基础上,并且电场强度和电势的计算是静电场的主要内容。
一、电荷
电荷是指物质的原子结构理论中所带有的正电荷和负电荷。当物体之间或一个物体的不同部分之间转移电荷时,物体对外呈现电性。电荷间的相互作用:同号电荷互相排斥;异号电荷互相吸引。
电荷的量子化:任何带电体所带的电量都是某个基本电量的整数倍。基本电量的大小等于一个电子或一个质子所带电量的绝对值。
电荷守恒定律:一个与外界没有净电量交换的系统经任何过程后,系统内正、负电量的代数和保持不变。电荷的相对论不变性:一个带电体所带的电量不因带电体的运动而改变。
二、库仑定律
库仑定律描述两个点电荷之间电力的相互作用。库仑定律公式:F = k \* (q1 \* q2) / r^2,其中 F 为电力,q1 和 q2 为两个点电荷的电量,r 为两个点电荷之间的距离,k 为库仑常数。
库仑力和万有引力的比较:库仑力是电荷之间的相互作用力,而万有引力是物体之间的相互吸引力。两者的大小和方向都是不同的。
电力叠加原理:当一个点电荷 q0 受若干个其它点电荷 { q1, q2,…,qn } 作用时,其所受的合力等于各点电荷单独存在时对该点电荷作用的库仑力的矢量和。
三、电场和电场强度
电场是指电荷所激发的电场,而电荷之间的相互作用力是通过电场来实现的。电场强度是电场的性质,可以用“试探电荷”来测量电场强度。电场强度的单位是伏特每米(V/m)或牛顿每库仑(N/C)。
电场强度的计算:电场强度可以用库仑定律和电力叠加原理来计算。电场强度的大小和方向都是由电荷的分布和强度决定的。
四、高斯定理和环路定理
高斯定理:通过任意闭合曲面围绕的电场强度的流量等于该曲面内部所有电荷的代数和乘以库仑常数。环路定理:电场强度沿闭合曲线的线积分等于该闭合曲线内部所有电荷的代数和乘以库仑常数。
五、电场强度和电势的计算
电场强度和电势的计算是静电场的主要内容。电场强度可以用库仑定律和电力叠加原理来计算,而电势可以用电场强度的积分来计算。