靜電場
物體所帶電荷數(shù)量的多少寨典,叫做電荷量(electric quantity)爷贫,簡稱電量。電量的單位是庫侖艇炎,用字母 C 表示酌伊。
兩種電荷相互完全抵消叫做中和。為了區(qū)別兩種電荷缀踪,我們把其中一種(用綢子摩擦過的玻璃棒所帶的電荷)叫做正電荷居砖,另一種(用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷)叫做負(fù)電荷。
例如辜贵,在大量金屬原子組成的金屬中悯蝉,原子中離原子核最遠(yuǎn)的外層電子可以擺脫原子的束縛,在整個(gè)導(dǎo)體中自由運(yùn)動托慨,這類電子叫做自由電子(free electron)鼻由。原子中其余部分叫原子實(shí)(atomic kernel)。在固態(tài)金屬中厚棵,原子實(shí)排列成整齊的點(diǎn)陣蕉世,稱為晶格或晶體點(diǎn)陣。自由電子在晶體點(diǎn)陣間跑來跑去婆硬,像氣體的分子那樣作無規(guī)運(yùn)動狠轻,并不時(shí)地彼此碰撞或與點(diǎn)陣上的原子實(shí)碰撞。凡是內(nèi)部存在著可以自由移動的電荷的物體叫做導(dǎo)體(conductor)彬犯,其中可以自由移動的電荷叫做自由電荷(free charge)向楼。金屬導(dǎo)體中的自由電荷就是自由電子。
當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)谐区,由于電荷間相吸或相斥的作用湖蜕,導(dǎo)體中的自由電荷便會產(chǎn)生趨向或遠(yuǎn)離帶電體的運(yùn)動,使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異種電荷宋列,遠(yuǎn)處的一端帶同種電荷昭抒。這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)(electrostatic induction)。利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)體帶電叫做感應(yīng)起電(electrification by induction)炼杖,所帶電荷叫做感應(yīng)電荷(induced charge)灭返。
與導(dǎo)體不同,在一些物體中絕大部分電荷都只能在一個(gè)原子或分子的范圍內(nèi)作微小的位移坤邪。這種電荷叫做束縛電荷(bound charge)熙含。這些物體叫絕緣體(insulator)。由于絕緣體中自由電子很少罩扇,它們的導(dǎo)電性能很差婆芦,也就不會發(fā)生感應(yīng)起電怕磨,而只能靠摩擦起電的方式帶電喂饥。
半導(dǎo)體(semiconductor)是指一種導(dǎo)電性可受控制消约,范圍可從絕緣體至導(dǎo)體之間的材料。在半導(dǎo)體中導(dǎo)電的粒子叫做載流子员帮,除帶負(fù)電的電子外或粮,還有帶正電的”空穴“(原子核外由于電子缺失形成的)。當(dāng)其中多數(shù)載流子是電子時(shí)捞高,稱為N型半導(dǎo)體氯材;當(dāng)多數(shù)載流子是”空穴“時(shí),稱為P型半導(dǎo)體硝岗。
大量事實(shí)表明氢哮,電荷既不能被創(chuàng)造,也不能被消滅型檀,它們只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體冗尤,或物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,也就是說胀溺,在任何物理過程中裂七,電荷的代數(shù)和是守恒的,這叫做電荷守恒定律(law of conservation of electric charge)仓坞。
物質(zhì)的點(diǎn)結(jié)構(gòu)表明背零,電荷的量值是離散的。電荷的量值有個(gè)基本單元无埃,即一個(gè)質(zhì)子或一個(gè)電子所帶電量的絕對值 e徙瓶。它的量值為所謂點(diǎn)電荷(point charge),是指這樣的帶電體嫉称,它本身的幾何線度比起它到其他帶電體的距離小得多侦镇。點(diǎn)電荷的概念類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn),是一種理想化的物理模型澎埠。
庫侖力的大小可表示為在真空中虽缕,兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷 q1 和 q2 之間的相互作用力的大小和 q1 和 q2 的乘積成正比,和它們之間的距離 r 的平方成反比蒲稳;作用力的方向沿著它們的聯(lián)線氮趋,同號電荷相斥,異號電荷相吸江耀。這一規(guī)律成為庫侖定律(Coulomb law)剩胁,電荷間的這種作用力稱為靜電力(electrostatic)或庫侖力。
凡是有電荷的地方祥国,四周就存在著電場昵观,即任何電荷都在自己周圍空間激發(fā)電場晾腔;而電場的基本性質(zhì)是,它對于處在其中的任何其他電荷都有作用力啊犬,并稱作電場力灼擂。