電磁學(xué)基礎(chǔ)知識（二）

2016-11-25 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

【電動力學(xué)】研究電磁運動一般規(guī)律的科學(xué)。它以麥克斯韋方程組和洛侖茲力公式為出發(fā)點,運用數(shù)學(xué)方法,結(jié)合有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識,建立完整的電磁理論,分別從宏觀和微觀的角度來闡明各種電磁現(xiàn)象。同量子理論結(jié)合又產(chǎn)生了量子電動力學(xué)。

【電子的發(fā)現(xiàn)】19世紀末,電學(xué)興起,這提供了破壞原子的方法。在低壓氣體下放電,原子被分為帶電的兩部分。1897年,美國的湯姆遜在研究該兩部分電荷時,發(fā)現(xiàn)其一帶負電(稱為電子),而另一個較重要的部分則帶正電。這一事實說明原子不再是不可分割的。1895年,德國的侖琴發(fā)現(xiàn)X光,接著貝克勒爾及居里夫婦相繼發(fā)現(xiàn)放射性元素。放射性元素就是可放出“某些東西”的原子。這些東西后來被稱為α、β粒子,飛行很快?？纱┩肝镔|(zhì)。這一穿透能力很快應(yīng)用于探討原子內(nèi)部構(gòu)造的工具,實驗結(jié)果有時粒子毫無阻礙地通過,有時則又發(fā)生猛烈的碰撞。用湯姆遜的原子模型不能解釋。1911年盧瑟福為了解釋這一實驗結(jié)果,提出一個新的原子模型。他證明:原子中帶正電的部分必須集中于一個非常小而重的原子核里,而電子則如行星繞日般地圍著原子核轉(zhuǎn)動,原子核與電子間是有很大空隙的。用這一模型算出的數(shù)值,證實了實驗結(jié)果。

【場的迭加原理】如果一個電場由n個點電荷共同激發(fā)時,那么電場中任一點的總場強將等于n個點電荷在該點各自產(chǎn)生場強的矢量和即

【電力線】電力線是描述電場分布情況的圖像。它是由一系列假想的曲線構(gòu)成。曲線上各點的切線方向和該點的電場方向一致,曲線的疏密程度,跟該處的電場強度成正比。電力線比較形象地表示出電場的強弱和方向。在靜電場中電力線從正電荷開始而終止于負電荷,不形成閉合線也不中斷。在渦旋電場中,電力線是沒有起點和終點的閉合線。由于電場中的某一點只有一個電場方向,所以任何兩條電力線不能相交。電力線上各點的電勢(電位)沿電力線方向不斷減小。

【法拉第】(Faraday,Michel,1791~1867)法拉第是著名的英國物理學(xué)家和化學(xué)家。他發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,這在物理學(xué)上起了重要的作用。1834年他研究電流通過溶液時產(chǎn)生的化學(xué)變化,提出了法拉第電解定律。這一定律為發(fā)展電結(jié)構(gòu)理論開辟了道路,也是應(yīng)用電化學(xué)的基礎(chǔ)。1845年9月13日法拉第發(fā)現(xiàn),一束平面偏振光通過磁場時發(fā)生旋轉(zhuǎn),這種現(xiàn)象被稱為“法拉第效應(yīng)”。光既然與磁場發(fā)生相互作用,法拉第便認為光具有電磁性質(zhì)。1852年他引進磁力線概念。他主張電磁作用依靠充滿空間的力線傳遞,為麥克斯韋電磁理論開辟了道路,也是提出光的電磁波理論的先驅(qū),他的很多成就都是很重要的、帶根本性的理論。他制造了世界上第一臺發(fā)電機。所有現(xiàn)代發(fā)電機都是根據(jù)法拉第的原理制作的。法拉第還發(fā)現(xiàn)電介質(zhì)的作用,創(chuàng)立了介電常數(shù)的概念。后來電容的單位“法拉”就是用他的名字命名的。法拉第從小就熱愛科學(xué),立志獻身于科學(xué)事業(yè),終于成為了一個偉大的物理學(xué)家。

【麥克斯韋】Maxwell James Clerk英國物理學(xué)家(1831~1879)。阿伯丁的馬里查爾學(xué)院和倫敦皇家學(xué)院、劍橋大學(xué)教授,并且是著名的卡文迪什實驗室的奠基人?；始覍W(xué)會會員。在湯姆遜的影響下進行電磁學(xué)的研究,提出了著名的麥克斯韋方程式,這是電磁學(xué)中場的最基本的理論。麥克斯韋從理論上計算出電磁波傳播速度等于光速,他認為:光就是電磁波的一種形態(tài)。對于統(tǒng)計力學(xué)、氣體分子運動論的建立也作出了貢獻。引進了氣體分子的速度分布律以及分子之間相互碰撞的平均自由程的概念。著有《論法拉第力線》、《論物理力線》、《電磁場運動論》、《論電和磁》、《氣體運動論的證明》、《氣體運動論》。還著有《熱理論》、《物質(zhì)與運動》等教科書。

【超距作用】一些早期的經(jīng)典物理學(xué)者認為對于不相接觸的物體間發(fā)生相互作用,如兩電荷之間的作用力以及物體之間的萬有引力都是所謂的“超距作用力”。這種力與存在于兩物體間的物質(zhì)無關(guān),而是以無限大速度在兩物體間直接傳遞的。但是,電磁場的傳播速度等于光速的這一事實說明電的作用力和電場的傳播速度是有限的。因此“超距作用”論便自然被否定了。實際上,電磁場就是物質(zhì)的一種形態(tài),因此不需借助其他物質(zhì)傳遞。

【導(dǎo)體】在外電場作用下能很好地傳導(dǎo)電流的物體叫做導(dǎo)體。導(dǎo)體之所以能導(dǎo)電,是由于它具有大量的可以自由移動的帶電粒子(自由電子、離子等)。電導(dǎo)率在102(歐姆·厘米)-1以上的固體(如金屬),以及電解液等都是導(dǎo)體。金屬和電解液分別依靠自由電子和正負離子起導(dǎo)電作用。

【自由電荷】存在于物質(zhì)內(nèi)部,在外電場作用下能夠自由運動的正負電荷。金屬導(dǎo)體中的自由電荷是帶負電的電子,因為金屬原子中的外層電子與原子核的聯(lián)系很弱,在其余原子的作用下會脫離原來的原子而在整塊金屬中自由運動,在沒有外電場時這種運動是雜亂無章的,因此不會形成電流。在外電場作用下,電子能按一定方向流動而形成電流。電解液或氣體中的離子也都是自由電荷。

【束縛電荷】電介質(zhì)中的分子在電結(jié)構(gòu)方面的特征是原子核對電子有很大的束縛力,即使在外電場的作用下,這些電荷也只能在微觀范圍有所偏離。但它們一般不會彼此相互脫離。例如,電介質(zhì)在外電場作用下從微觀上看是分子發(fā)生電極化,微觀電極化的宏觀效果就是沿電場方向,在電介質(zhì)的兩端出現(xiàn)兩種等量而異號的感應(yīng)電荷。研究電介質(zhì)的電性質(zhì)時,應(yīng)主要考慮束縛電荷的作用。

【電量】物體所帶電荷的多少叫做電量。在國際單位制中,電量的單位是庫侖。靜電系單位制的電量為靜庫。物體所帶電荷的量值是不連續(xù)的。單個電子的電量是電量的最小單元,其值為1.6×10-19庫侖,一切帶電體所帶電量的數(shù)值都必須是電子電量e的整數(shù)倍。

【電離】原子是由帶正電的原子核及其周圍的帶負電的電子所組成。由于原子核的正電荷數(shù)與電子的負電荷數(shù)相等,所以原子是中性的。原子最外層的電子稱為價電子。所謂電離,就是原子受到外界的作用,如被加速的電子或離子與原子碰撞時使原子中的外層電子特別是價電子擺脫原子核的束縛而脫離,原子成為帶一個(或幾個)正電荷的離子,這就是正離子。如果在碰撞中原子得到了電子,則就成為負離子。

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