1、1,电磁学研究电磁现象及其规律的科学。,电磁现象是人们很早就发现的现象,公元前600年前，希腊哲学家发现琥珀摩擦可以吸引轻小物体。我国古代也有“磁石引针”的记载。,1820年奥斯特发现电流的磁效应，使人们开始思考电现象与磁现象后面的本质性联系。,电磁学发展的两个最重要里程碑, Faraday电磁感应定律的发现。,第五篇 电磁学, Maxwell方程的建立,2,第十七章 真空中的静电场,3,17-1 库仑定律,一、电荷及其性质,带电物体具有吸引轻小物体的性质，称为“物体带电”或“物体处于带电状态”。,物体带电原因物质具有电结构，物体失去或得到多余电子时，物体便带电。,基本电现象,同性相斥，异性相
2、吸。,电荷可以中和。,电荷的单位和量子化,至今实验室测出的电量:,，n为整数。,4,U quark(上),D quark(下),S quark(奇),C quark(粲),带电量,夸克类型,质子,中子,强子理论中的夸克模型，其中四味的带电量,5,夸克禁闭(quark confinement)是一种物理现象，描述夸克不会单独存在。 由于强相互作用力，带色荷的夸克被限制与其他夸克在一起(两个或三个组成一个粒子)，使得总色荷为零(红、绿、蓝三色混合为色中性)。 夸克之间的结合非常牢固，而且总是相互结合的组态形式存在。例如质子、中子里夸克的束缚态。,夸克禁闭,夸克禁闭现象给从实验中证实夸克的存在带来了
3、困难。,原因：单个夸克是极不稳定的，以极快的速度转化成光子或轻子，所以我们无法分离出单独的夸克.,6,二、电荷守恒定律及电荷不变性,电荷守恒定律 对于一个没有净余电荷出入其边界的带电系统，其电荷的代数和保持不变。,电荷守恒定律是自然界的一个普遍规律。例如，铀核的放射性衰变满足电荷守恒：,电荷的不变性 电荷的电量不会因参照系的变换而改变。,7,三、库仑定律,点电荷若带电体本身的线度远小于它与观察点之间的距离(dr )时，可忽略其大小，将其看成电量集中于一点的点电荷。,注意：1.点电荷是一种理想模型； 2.点电荷的概念具有相对性；,3.一个分布在有限大小体积的带电体可看成无穷多个点电荷dQ的集合。
4、,8,真空中的库仑定律,大小：,方向：根据同性相斥，异性相吸原则确定。,两个点电荷之间的相互作用力的大小与它们的电量的乘积成正比，与它们之间的距离的平成反比。作用力的方向在两点电荷的连线上，且“同性相斥,异性相吸”。,9,库仑定律的矢量式,注意：,q1、q2为代数量, k=9109牛顿米2/库仑2= 9109米/法,为从施力电荷指向受力电荷的单位矢：,10,真空电容率,有理化形式的库仑定律,该定律适用条件:,真空（或空气）；,点电荷。,库仑力满足矢量叠加原理,11,介质中的库仑定律,：介质电容率（介质介电常数）,0：真空电容率（真空介电常数）,r：电介质相对电容率（相对介电常数）,真空中： r
5、 =1,介质中： r 1,12,例：求氢气中电子和质子之间的静电力与万有引力之比。已知：,解:,库仑力万有引力,结论：,13,一、电场,电场是一种物质，具有能量、质量和动量。场与实物的区别：,17-2 电场、电场强度,场具有可入性；场具有叠加性。,静电场静止（相对于观察者）的电荷在其周围所产生的电场。,电场的外观表现：,1.电场对其中的电荷要产生作用力；,2.电场力可移动电荷做功。,14,二、电场强度,出发点：电荷受电场力作用的规律。,试验电荷:, q0的电量足够小；,q0 的尺寸足够小，视为点电荷。,定义：电场中某点电场强度矢量的大小等于单位点电荷在该点所受电场力的大小,方向与正电荷在该点受
6、力的方向一致。,电场,实验结果,15,三、电场强度的计算、场强叠加原理,1.点电荷的场强,在p点引入试验电荷q0，其受力,由场强定义得：,或：,16,2.点电荷系的场强、场强叠加原理,设有n个分离点电荷,在p点引入试验电荷q0，其受力,场强叠加原理,点电荷系的电场中，任一点的场强等于各个点电荷分别在该点产生的场强的矢量合。,17,3.连续带电体的场强,确定dq时依据电荷的具体分布。,电荷为线分布:,：线电荷密度,电荷为面分布:,：面电荷密度,电荷为体分布:,：体电荷密度,18,例1：一对带等量异号电荷q的电偶极子，相距为l，求两者连线上一点P 和中垂线上一点P 的场强。,解：,1. P点：,19,2. P 点:,大小相等,20,讨论,r l ：,定义电偶极矩：,21,电偶极矩在均匀电场中所受力矩:,矢量形式:,22,例2：求长为L、带电量Q的均匀带电直线外某点P的电场。设P点到带电直线的垂直距离为a，与带电线两端之间的夹角分别为1和2。,解：,分割带电体,23,统一变量：,24,当带电直线无限长，即,25,无限长带电直线周围的电场,
