《電磁學(xué)基本知識(shí)》word版

1、三、電磁學(xué)【電磁學(xué)】電學(xué)與磁學(xué)的統(tǒng)稱，是物理學(xué)中的一個(gè)重要部門。研究電磁現(xiàn)象的規(guī)律和應(yīng)用的科學(xué)。研究對(duì)象包括靜電現(xiàn)象、磁現(xiàn)象、電流現(xiàn)象、電磁感應(yīng)、電磁輻射和電磁場(chǎng)等。磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象本質(zhì)上是緊密聯(lián)系在一起的，變化的磁場(chǎng)能夠激發(fā)電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)也能夠激發(fā)磁場(chǎng)。它是電工學(xué)和無線電電子學(xué)的基礎(chǔ)?！倦姟咳祟愒诤茉缫郧熬椭犁昴Σ梁?，具有吸引稻草片或羽毛屑等輕小物體的特性。物體具有吸引其它物體的這種性質(zhì)叫做“物體帶電”或稱“物體有了電荷”，并認(rèn)識(shí)到電有正負(fù)兩種；同性相斥，異性相吸。當(dāng)時(shí)并不知道電是實(shí)物的一種屬性，認(rèn)為電是附著在物體上的，因而把它稱為電荷，并把具有這種斥力或引力的物體稱為帶電體。習(xí)慣上經(jīng)常

2、也把帶電體本身簡(jiǎn)稱為電荷。近代科學(xué)證明；構(gòu)成實(shí)物的許多基本粒子都是帶電的，如質(zhì)子帶正電，電子帶負(fù)電，質(zhì)子和電子具有的絕對(duì)電量是相等的，是電量的最小單位。一切物質(zhì)都是由大量原子構(gòu)成，原子又是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電于組成。通常，同一個(gè)原子中的正負(fù)電量相等，因此在正常情況下表現(xiàn)為中性的或不帶電的。若由于某些原因（如摩擦、受熱或化學(xué)變化等）而失去一部分電子，就帶正電，若得到額外的電子時(shí)，就帶負(fù)電。用絲綢摩擦玻璃棒，玻璃棒就失去電子而帶正電，絲綢得到電子而帶負(fù)電?！灸Σ疗痣姟?jī)煞N不同物體相互摩擦后，分別帶有正電和負(fù)電的現(xiàn)象。其原因是，當(dāng)物體相互摩擦?xí)r電子由一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，因此原來兩個(gè)不

3、帶電的物體因摩擦而帶電，它們所帶的電量數(shù)值上相等，電性上相異?！眷o電感應(yīng)】在帶電體附近的導(dǎo)體，受帶電體的影響在其表面的不同部分出現(xiàn)正負(fù)電荷的現(xiàn)象叫作“靜電感應(yīng)”。因?yàn)椋趲щ婓w電場(chǎng)作用下，導(dǎo)體中的自由電子進(jìn)行重新分布，造成導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)隨之而變化，直到抵消了帶電體電場(chǎng)的影響，使它的強(qiáng)度減小到零為止。結(jié)果靠近帶電體的一端出現(xiàn)與帶電體異號(hào)的電荷，另一端出現(xiàn)與帶電體同號(hào)的電荷。如果導(dǎo)體原來不帶電，則兩端帶電數(shù)量相等；如果導(dǎo)體原來帶電，則兩端電量的代數(shù)和應(yīng)與導(dǎo)體原帶電量相等。在帶電體附近的導(dǎo)體因靜電感應(yīng)而表面出現(xiàn)電荷的現(xiàn)象稱為“感生電荷”?！倦姾墒睾愣伞吭谌魏挝锢磉^程中，各個(gè)物體的電荷可以改變，但參于

4、這一物理過程的所有物體電荷的代數(shù)和是守恒的，也就是說：電荷既不能創(chuàng)造，也不能被消滅，它們只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。例如中性物體互相摩擦而帶電時(shí)，兩物體帶電量的代數(shù)和仍然是零。這就是電荷守恒定律。【庫侖定律】表述兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷間相互作用力的定律。是法國物理學(xué)家?guī)靵鲇?785年發(fā)現(xiàn)的。概述為：在真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力F的大小和它們的電量Q1和Q2和乘積成正比，和它們之間的距離r的平方成反比；作用力的方向沿著它們的連線，同號(hào)電荷相斥，靜電單位制中為1，式中F的單位是達(dá)因，Q的單位是靜電單位制的電式中F的單位是牛頓，Q的單位是庫侖，r的單位是米，這

5、時(shí)比例系數(shù)K等于9109牛頓米2/庫侖2。為了簡(jiǎn)化電學(xué)中許多常用公式，往往將【庫侖】（CharlesAugustin de Coulomb，17361806）法國工程師、物理學(xué)家。1736年6月14日生于法國昂古萊姆。他曾在美西也爾工程學(xué)校讀書，這是一座新型的講授理論和應(yīng)用知識(shí)的學(xué)校。離開學(xué)校后，進(jìn)入皇家軍事工程隊(duì)當(dāng)工程師。他在西印狄茲工作了9年，因病而回到法國。法國大革命時(shí)期，庫侖辭去一切職務(wù)，到布盧瓦致力于科學(xué)研究。法皇執(zhí)政統(tǒng)治時(shí)期，他回到巴黎，成為新建研究院成員。庫侖在1773年發(fā)表有關(guān)材料強(qiáng)度的論文，他提出使各種物體經(jīng)受應(yīng)力和應(yīng)變直到它們的折斷點(diǎn)，然后根據(jù)這些資料就能計(jì)算出物體上應(yīng)力和

6、應(yīng)變的分布情況。這種方法沿用至今，是結(jié)構(gòu)工程的理論基礎(chǔ)。1777年庫侖開始研究靜電和磁力問題。當(dāng)時(shí)法國科學(xué)院懸賞，征求改良航海指南針中的磁針問題。庫侖認(rèn)為磁針支架在軸上，必然會(huì)帶來摩擦，要改良磁針的工作，必須從這一根本問題入手，他提出用細(xì)頭發(fā)絲或絲線懸掛磁針。他又發(fā)現(xiàn)線扭轉(zhuǎn)時(shí)的扭力和磁針轉(zhuǎn)過的角度成比例關(guān)系，從而可利用這種裝置算出靜電力或磁力的大小。這導(dǎo)致他發(fā)明定量扭秤。扭秤能以極高的精度測(cè)出非常小的力。1779年庫侖分析摩擦力，并提出有關(guān)潤滑劑的科學(xué)理論。他還設(shè)計(jì)出水下作業(yè)法，類似于現(xiàn)代的沉箱。17851789年，庫侖用扭秤測(cè)量靜電力和磁力，導(dǎo)出了有名的庫侖定律。1806年8月23日庫侖在巴

7、黎逝世。電荷的單位庫侖，就是以他的姓氏命名的。【點(diǎn)電荷】點(diǎn)電荷并不是指帶電體非常小的電荷實(shí)體，而是在所討論的問題中可以不考慮其大小和分布狀況的帶電體。例如，當(dāng)帶電體的線度在所討論的問題中遠(yuǎn)小于其他距離和長度時(shí)。這時(shí)的電荷分布也可看作為點(diǎn)電荷。點(diǎn)電荷只是一個(gè)為討論問題方便而引入的理想概念，這一點(diǎn)與研究力學(xué)時(shí)引入質(zhì)點(diǎn)的概念相似。【電介質(zhì)】不導(dǎo)電的物質(zhì)稱為“電介質(zhì)”，又叫做“絕緣體”。組成電介質(zhì)的原子或分子中的正負(fù)電荷束縛得很緊，在一般條件下不能相互分離，因此在電介質(zhì)內(nèi)部能作自由運(yùn)動(dòng)的電荷（電子）極少，電導(dǎo)率均在108西門子/米以下。當(dāng)外電場(chǎng)超過某極限值時(shí)，電介質(zhì)被擊穿而失去介電性能。電介質(zhì)在電氣工

8、程上大量用作電氣絕緣材料、電容器的介質(zhì)及特殊電介質(zhì)器件（如壓電晶體）等。在電介質(zhì)中的兩個(gè)點(diǎn)電荷之電介質(zhì)都有它自身的，不同物質(zhì)的介電常數(shù)各不相同。【介電常數(shù)】又稱為“電容率”或“相對(duì)電容率”。在同一電容器中用某一物質(zhì)作為電介質(zhì)時(shí)的電容與其中為真空時(shí)電容的比值稱為該物質(zhì)的“介電常數(shù)”。介電常數(shù)通常隨溫度和介質(zhì)中傳播的電磁波的頻率而變。電容器用的電介質(zhì)要求具有較大的介電常數(shù)，以便減小電容器的體積和重量。【電場(chǎng)】存在于電荷周圍，能傳遞電荷與電荷之間相互作用的物理場(chǎng)叫做電場(chǎng)。在電荷周圍總有電場(chǎng)存在；同時(shí)電場(chǎng)對(duì)場(chǎng)中其他電荷發(fā)生力的作用。觀察者相對(duì)于電荷靜止時(shí)所觀察到的場(chǎng)稱為靜電場(chǎng)。如果電荷相對(duì)于觀察者運(yùn)動(dòng)

9、時(shí)，則除靜電場(chǎng)外，同時(shí)還有磁場(chǎng)出現(xiàn)。除了電荷可以引起電場(chǎng)外，變化的磁場(chǎng)也可以引起電場(chǎng)，前者為靜電場(chǎng)，后者叫做渦旋場(chǎng)或感應(yīng)電場(chǎng)。變化的磁場(chǎng)引起電場(chǎng)。所以運(yùn)動(dòng)電荷或電流之間的作用要通過電磁場(chǎng)來傳遞?！倦妶?chǎng)強(qiáng)度】電場(chǎng)強(qiáng)度是用來表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向的物理量。電場(chǎng)強(qiáng)度矢量，常用 來表示，電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電場(chǎng)方向可用試探點(diǎn)電荷（正電荷）在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向來確定；電場(chǎng)強(qiáng)弱可由試探電荷所受的力F與試探點(diǎn)電荷帶電量q的比值（F/q）來確定，也就是說某點(diǎn)電場(chǎng)的強(qiáng)弱等于單位電荷在該點(diǎn)所受力的大小。試探點(diǎn)電荷應(yīng)該滿足兩個(gè)條件；（1）它的線度必須小到可以被看作點(diǎn)電荷，以便確定場(chǎng)中每點(diǎn)的性質(zhì)；（2）它的電量要足夠小，使

10、得由于它的置入不引起原有電場(chǎng)的重新分布。電場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)用單位為伏特/米或牛頓/庫侖。常用的單位還有伏特/厘米。由庫侖定律和電場(chǎng)強(qiáng)度的定義可知，點(diǎn)電荷q在電場(chǎng)中某一點(diǎn)所受的電場(chǎng)力 ，等于該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度E和電荷q的乘積，即 =q 。如果是正電荷， 和 同方向，如果是負(fù)電荷， 和 反方向。電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)力雖然有著密切的聯(lián)系，但它們是兩個(gè)不同的概念，電場(chǎng)強(qiáng)度完全由電場(chǎng)本身的性質(zhì)所決定，而電場(chǎng)力是荷q，但 的量值與q無關(guān)，因?yàn)殡姾稍陔妶?chǎng)中某一指定點(diǎn)所受的力 是和電荷的電量q成正比。所以對(duì)指定點(diǎn)來說， 與q的比值是不變量?！倦妱?dòng)力學(xué)】研究電磁運(yùn)動(dòng)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(diǎn)，運(yùn)用數(shù)

11、學(xué)方法，結(jié)合有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識(shí)，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(dòng)力學(xué)?！倦娮拥陌l(fā)現(xiàn)】19世紀(jì)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(shí)，發(fā)現(xiàn)其一帶負(fù)電（稱為電子），而另一個(gè)較重要的部分則帶正電。這一事實(shí)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、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(shí)驗(yàn)結(jié)果有時(shí)粒子毫無阻

12、礙地通過，有時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出一個(gè)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(gè)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(dòng)，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(shí)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果?！緢?chǎng)的迭加原理】如果一個(gè)電場(chǎng)由n個(gè)點(diǎn)電荷共同激發(fā)時(shí)，那么電場(chǎng)中任一點(diǎn)的總場(chǎng)強(qiáng)將等于n個(gè)點(diǎn)電荷在該點(diǎn)各自產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的矢量和即【電力線】電力線是描述電場(chǎng)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(diǎn)的切線方向和該點(diǎn)的電場(chǎng)方向一致，曲線的疏密程度，跟該處的電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。電力線比較形象地表示出電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向

13、。在靜電場(chǎng)中電力線從正電荷開始而終止于負(fù)電荷，不形成閉合線也不中斷。在渦旋電場(chǎng)中，電力線是沒有起點(diǎn)和終點(diǎn)的閉合線。由于電場(chǎng)中的某一點(diǎn)只有一個(gè)電場(chǎng)方向，所以任何兩條電力線不能相交。電力線上各點(diǎn)的電勢(shì)（電位）沿電力線方向不斷減小。【法拉第】（Faraday，Michel，17911867）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(shí)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(chǎng)時(shí)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象被稱為“法拉第效應(yīng)”。光既然

14、與磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，法拉第便認(rèn)為光具有電磁性質(zhì)。1852年他引進(jìn)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(tái)發(fā)電機(jī)。所有現(xiàn)代發(fā)電機(jī)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(xiàn)身于科學(xué)事業(yè)，終于成為了一個(gè)偉大的物理學(xué)家?！钧溈怂鬼f】Maxwell James Clerk英國物理學(xué)家（18311879）。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

15、迪什實(shí)驗(yàn)室的奠基人?；始覍W(xué)會(huì)會(huì)員。在湯姆遜的影響下進(jìn)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(chǎng)的最基本的理論。麥克斯韋從理論上計(jì)算出電磁波傳播速度等于光速，他認(rèn)為：光就是電磁波的一種形態(tài)。對(duì)于統(tǒng)計(jì)力學(xué)、氣體分子運(yùn)動(dòng)論的建立也作出了貢獻(xiàn)。引進(jìn)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(chǎng)運(yùn)動(dòng)論、論電和磁、氣體運(yùn)動(dòng)論的證明、氣體運(yùn)動(dòng)論。還著有熱理論、物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)等教科書?！境嘧饔谩恳恍┰缙诘慕?jīng)典物理學(xué)者認(rèn)為對(duì)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

16、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(chǎng)的傳播速度等于光速的這一事實(shí)說明電的作用力和電場(chǎng)的傳播速度是有限的。因此“超距作用”論便自然被否定了。實(shí)際上，電磁場(chǎng)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(chǎng)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(dòng)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(fù)離子起導(dǎo)電作用?！咀杂呻姾伞看嬖谟谖镔|(zhì)內(nèi)部，在外電場(chǎng)作用下能夠自由運(yùn)動(dòng)的正負(fù)電荷。金屬導(dǎo)體中的自由電荷是帶負(fù)電的電子，因?yàn)榻饘僭又械耐?/p>

17、層電子與原子核的聯(lián)系很弱，在其余原子的作用下會(huì)脫離原來的原子而在整塊金屬中自由運(yùn)動(dòng)，在沒有外電場(chǎng)時(shí)這種運(yùn)動(dòng)是雜亂無章的，因此不會(huì)形成電流。在外電場(chǎng)作用下，電子能按一定方向流動(dòng)而形成電流。電解液或氣體中的離子也都是自由電荷?！臼`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(duì)電子有很大的束縛力，即使在外電場(chǎng)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(huì)彼此相互脫離。例如，電介質(zhì)在外電場(chǎng)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(chǎng)方向，在電介質(zhì)的兩端出現(xiàn)兩種等量而異號(hào)的感應(yīng)電荷。研究電介質(zhì)的電性質(zhì)時(shí)，應(yīng)主要考慮束縛電荷的作用?！倦娏俊课矬w所帶電荷的多少叫做電量。在

18、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(gè)電子的電量是電量的最小單元，其值為1.61019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(fù)電的電子所組成。由于原子核的正電荷數(shù)與電子的負(fù)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(jià)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(shí)使原子中的外層電子特別是價(jià)電子擺脫原子核的束縛而脫離，原子成為帶一個(gè)（或幾個(gè)）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(fù)離子?！眷o電平衡】在靜電感應(yīng)過程中，隨著導(dǎo)體

19、兩端的正負(fù)電荷的不斷積累，所產(chǎn)生的附加電場(chǎng)不斷增強(qiáng)，直至跟導(dǎo)體內(nèi)的外電場(chǎng)完全抵消。這時(shí)導(dǎo)體中的總電場(chǎng)處處為零，自由電荷不受電場(chǎng)力的作用，不再移動(dòng)，導(dǎo)體兩端的電荷不再增加。此時(shí)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)。靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體有如下的性質(zhì)：（1）導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零。（2）導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是個(gè)等勢(shì)面。（3）導(dǎo)體表面上任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)都垂直于該點(diǎn)的表面。（4）電荷只能分布在導(dǎo)體的表面上。導(dǎo)體內(nèi)部不存在凈電荷?！眷o電屏蔽】為了避免外界電場(chǎng)對(duì)儀器設(shè)備的影響，或者為了避免電器設(shè)備的電場(chǎng)對(duì)外界的影響，用一個(gè)空腔導(dǎo)體把外電場(chǎng)遮住，使其內(nèi)部不受影響，也不使電器設(shè)備對(duì)外界產(chǎn)生影響，這就叫做靜電屏蔽。空腔導(dǎo)體不接地的

20、屏蔽為外屏蔽，空腔導(dǎo)體接地的屏蔽為全屏蔽?？涨粚?dǎo)體在外電場(chǎng)中處于靜電平衡，其內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)總等于零。因此外電場(chǎng)不可能對(duì)其內(nèi)部空間發(fā)生任何影響。若空腔導(dǎo)體內(nèi)有帶電體，在靜電平衡時(shí)，它的內(nèi)表面將產(chǎn)生等量異號(hào)的感生電荷。如果外殼不接地則外表面會(huì)產(chǎn)生與內(nèi)部帶電體等量而同號(hào)的感生電荷，此時(shí)感應(yīng)電荷的電場(chǎng)將對(duì)外界產(chǎn)生影響，這時(shí)空腔導(dǎo)體只能對(duì)外電場(chǎng)屏蔽，卻不能屏蔽內(nèi)部帶電體對(duì)外界的影響，所以叫外屏蔽。如果外殼接地，即使內(nèi)部有帶電體存在，這時(shí)內(nèi)表面感應(yīng)的電荷與帶電體所帶的電荷的代數(shù)和為零，而外表面產(chǎn)生的感應(yīng)電荷通過接地線流入大地。外界對(duì)殼內(nèi)無法影響，內(nèi)部帶電體對(duì)外界的影響也隨之而消除，所以這種屏蔽叫做全屏蔽。為了

21、防止外界信號(hào)的干擾，靜電屏蔽被廣泛地應(yīng)用科學(xué)技術(shù)工作中。例如電子儀器設(shè)備外面的金屬罩，通訊電纜外面包的鉛皮等等，都是用來防止外界電場(chǎng)干擾的屏蔽措施?！倦妱?shì)能】與重力場(chǎng)一樣，靜電場(chǎng)是一個(gè)有勢(shì)場(chǎng)。在靜電場(chǎng)中所以能引入電勢(shì)能的概念，是因?yàn)殪o電場(chǎng)具有勢(shì)場(chǎng)的性質(zhì)。所謂的勢(shì)場(chǎng)，就是當(dāng)點(diǎn)電荷q在任意靜電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力所做的功只取決于運(yùn)動(dòng)的始末位置而與路徑無關(guān)。這種性質(zhì)叫做有位性（有勢(shì)性），具有這種性質(zhì)的場(chǎng)叫做位場(chǎng)（勢(shì)場(chǎng)）。在靜電場(chǎng)中任意選取一個(gè)參考點(diǎn)，將正電荷q從該點(diǎn)移到靜電場(chǎng)中的另一點(diǎn)P在此過程中，如果是外力反抗電場(chǎng)力作功，則所作的功等于q從參考點(diǎn)移到P點(diǎn)所增加的電勢(shì)能。若從參考點(diǎn)到P點(diǎn)是電場(chǎng)力作正功

22、則所作的功等于q所減少的電勢(shì)能。假如電荷q在參考點(diǎn)的電勢(shì)能為零，則將正電荷q由參考點(diǎn)反抗電場(chǎng)力使之移到P點(diǎn)所作的功就等于q在P點(diǎn)時(shí)所具有的電勢(shì)能。通常把無窮遠(yuǎn)處定義為電勢(shì)能的零點(diǎn)。實(shí)用上常把地球表面作為電勢(shì)能的零點(diǎn)。在靜電場(chǎng)中將電荷q放在由點(diǎn)電荷Q所激發(fā)的場(chǎng)中，如圖31所示，設(shè)點(diǎn)電荷q從場(chǎng)中的P1點(diǎn)沿某一路徑移到另一點(diǎn)P2，任取一元位移 ，設(shè)q在位移前后與Q的距離分別為r和r。場(chǎng)力 在這一元位移上所作的元功dA=Fdlcosa。其中a是 與 的夾角，由圖可當(dāng)電荷q在點(diǎn)電荷Q的場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力所作的功只取決于運(yùn)動(dòng)電荷的始末位置，而與路徑無關(guān)。任何電荷在靜電場(chǎng)中的電勢(shì)能的數(shù)值是由該電荷和電源電荷以

23、及它們之間的相對(duì)位置所決定。電荷在勻強(qiáng)電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，場(chǎng)力所作的功可以從功的定義直接計(jì)算，即W=FScos=qFScos。也可以根據(jù)電勢(shì)能的變化來計(jì)算，即W=始終，對(duì)不均勻場(chǎng)，一般采用電勢(shì)能的變化來計(jì)算比較方便。由于電勢(shì)能等于電量q和電勢(shì)的乘積，所以電場(chǎng)力所作的功也可以寫成為W=q始-q終=q（始-終）?！倦妱?shì)】電勢(shì)是描寫電場(chǎng)的一個(gè)物理量，也稱為“電位”。靜電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)等于單位正電荷在該點(diǎn)時(shí)所具有的勢(shì)能。理論上常把“無窮遠(yuǎn)”處作為電勢(shì)零點(diǎn)，實(shí)用上則常取地球表面為電勢(shì)零點(diǎn)。故某點(diǎn)的電勢(shì)在數(shù)值上也等于單位正電荷從該點(diǎn)移到無窮遠(yuǎn)（或地面）時(shí)電場(chǎng)對(duì)它所作的功。這功與所經(jīng)路徑無關(guān)，所以場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)各

24、有一定數(shù)值。例如由正電荷所激發(fā)的場(chǎng)中的單位正電荷，從場(chǎng)中的某點(diǎn)移到無窮遠(yuǎn)時(shí)，電場(chǎng)力作正功，則該點(diǎn)的電勢(shì)為正。如果是負(fù)電荷所激發(fā)的場(chǎng)，場(chǎng)中某點(diǎn)的單位正電荷移到無窮遠(yuǎn)處，電場(chǎng)力所作的功為負(fù)，則該點(diǎn)的電勢(shì)也為負(fù)。和電勢(shì)能一樣，電勢(shì)的概念也是因?yàn)殪o電場(chǎng)具有“功和路程無關(guān)”的性質(zhì)而引入的，但電勢(shì)能和試探電荷的正負(fù)大小有關(guān)，而電勢(shì)完全取決于電場(chǎng)本身，它的數(shù)值只和場(chǎng)源電荷的電性、電量大小及所考慮的點(diǎn)的位置有關(guān)，和試探電荷的數(shù)值及存在與否無關(guān)。因?yàn)閷?duì)電場(chǎng)中指定點(diǎn)電勢(shì)的單位就是由此公式規(guī)定的。正點(diǎn)電荷q0的電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)都是正物理量，但電勢(shì)和電場(chǎng)作功相聯(lián)系，場(chǎng)強(qiáng)和電場(chǎng)力相聯(lián)系，所以前者是標(biāo)量，后者是矢量。在計(jì)算

25、場(chǎng)的迭加問題時(shí)，電勢(shì)取標(biāo)量和，場(chǎng)強(qiáng)用矢量和。在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電荷q沿電場(chǎng)方向移動(dòng)距離d，電場(chǎng)力所作的功W=qEd，而電勢(shì)能改變量為qab，a、b為電荷q的始點(diǎn)和終點(diǎn)。根據(jù)功能關(guān)系，二者應(yīng)該相等，即qEd=qab，位距離的電勢(shì)差（電壓），方向指向電勢(shì)降落的方向。對(duì)于非均勻場(chǎng)，向電勢(shì)降落的方向。這一關(guān)系非常重要，因?yàn)樵趯?shí)踐中一般能直接測(cè)量的是各個(gè)導(dǎo)體的電勢(shì)，求得電勢(shì)后就可利用求導(dǎo)數(shù)而計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)。直接求解含有電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量方程是比較困難的，而求解含有電勢(shì)的標(biāo)量方程，相對(duì)說來較為方便（理論物理中的泊松方程和拉普拉斯方程就是電勢(shì)解場(chǎng)的實(shí)例）?！镜葎?shì)面】亦稱為“等位面”。在有勢(shì)場(chǎng)中，勢(shì)的數(shù)值相等的各點(diǎn)所聯(lián)成的

26、面。一般規(guī)定每隔一定數(shù)值的勢(shì)畫一等勢(shì)面，場(chǎng)較強(qiáng)的地方等勢(shì)面較密，較弱的地方較疏，因此等勢(shì)面是描述場(chǎng)分布情況的一種直觀圖象。例如點(diǎn)電荷產(chǎn)生的靜電場(chǎng)，等勢(shì)面是以點(diǎn)電荷為中心的一組同心球面，且內(nèi)密外疏。電荷沿同一等勢(shì)面移動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力不作功，所以等勢(shì)面與電場(chǎng)方向永遠(yuǎn)是垂直的。靜電場(chǎng)中的任何導(dǎo)體的表面都是等勢(shì)面；又因其內(nèi)部不存在電場(chǎng)，它同時(shí)也是一個(gè)等勢(shì)體。靜電場(chǎng)中的電力線處處和等勢(shì)面相垂直，并指向電勢(shì)降落的方向。【電勢(shì)差】靜電場(chǎng)中或直流電路中兩點(diǎn)間電勢(shì)的差值，也稱為“電位差”或“電壓”。數(shù)值上等于電場(chǎng)力使單位正電荷從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)時(shí)所作的功。在交流電路中，兩點(diǎn)間的電勢(shì)差在正負(fù)極大值之間作周期性變化，所

27、以電勢(shì)差只有瞬時(shí)值的意義，常用有效值表示，一般交流用下總是從電勢(shì)高的地方走向電勢(shì)低的地方。假定A點(diǎn)的電勢(shì)為A，B點(diǎn)的電勢(shì)為B，而AB，把正電荷q從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，q的電勢(shì)能減少量為qA-qB即W=q（A-（B）=qAB，AB就是AB兩點(diǎn)間的電勢(shì)差（或電壓）?！倦娮臃亍吭谘芯吭印⒃雍?、基本粒子等微小粒于時(shí)，往往用電子伏特作為能量單位。1電子伏特，就是帶有單個(gè)電子電量的帶電粒子，在電壓為1伏特的兩點(diǎn)間，在電場(chǎng)力作用下粒子所增加的能量。它是帶電粒子加速器中的能量單位，用起來比較方便。比如說這臺(tái)加速器是1億電子伏的能量，就是說，他能把單位電荷的粒子加速而得到1億電子伏的能量。國際通用的符號(hào)是eV。

28、1電子伏特=1eV=1.610-19庫侖1伏=1.610-19焦耳。【勻強(qiáng)電場(chǎng)】在電場(chǎng)中，各個(gè)點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向均相同的場(chǎng)叫勻強(qiáng)電場(chǎng)。在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的等勢(shì)面是垂直于電力線的一族互相平行的平面。在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，沿場(chǎng)強(qiáng)方向的兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于場(chǎng)強(qiáng)和這兩點(diǎn)間距離的乘積。即場(chǎng)強(qiáng)在數(shù)值上等于沿場(chǎng)強(qiáng)方向每單位距離上的電勢(shì)電勢(shì)在電場(chǎng)方向上的變化是均勻的?！倦妶?chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差】在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差之間的關(guān)系為AB=Ed，其中d是AB兩點(diǎn)間沿電場(chǎng)方向的距離。如圖32所示。對(duì)于非勻強(qiáng)電場(chǎng)，單位正電荷從P點(diǎn)移到參考點(diǎn)P0時(shí)電場(chǎng)力所作的功，叫做P點(diǎn)的電位（或電勢(shì)），記作。既然場(chǎng)力所做的功與場(chǎng)強(qiáng)有關(guān)。就應(yīng)找到

29、電勢(shì)與場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系。點(diǎn)電荷q從P到P0點(diǎn)時(shí)場(chǎng)力所做的功位移向量的標(biāo)量積）。對(duì)場(chǎng)中任意兩點(diǎn)電勢(shì)之差（電壓）與電場(chǎng)強(qiáng)度之 位是點(diǎn)函數(shù)，電壓不是點(diǎn)函數(shù)。應(yīng)該養(yǎng)成“對(duì)一點(diǎn)談電勢(shì)，對(duì)兩點(diǎn)談電壓”的習(xí)慣；（2）在許多情況下不但要關(guān)心兩點(diǎn)電壓的絕對(duì)值，而且要關(guān)心這兩點(diǎn)的電勢(shì)誰高誰低。一般以AB表示A-B，（稱為“A對(duì)B的電壓”），于是從AB的正負(fù)便表示了A、B電位的高低；（3）靜電場(chǎng)力所作的功與路徑無關(guān)，所以當(dāng)電場(chǎng)確定時(shí)，兩點(diǎn)的電壓就完全確定，但電位卻與參考點(diǎn)的位置有關(guān)。因此說到某點(diǎn)的電勢(shì)時(shí)，一定要明確指出參考點(diǎn)。只要在同一問題中選定一個(gè)參考點(diǎn)，電勢(shì)就有確定的 表示的為電勢(shì)與場(chǎng)強(qiáng)的微分關(guān)系。此式說明，（1）一

30、點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與過該點(diǎn)的等位面垂直，而且指向電位減小的方向；（2）某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小等于該點(diǎn)電勢(shì)沿等勢(shì)面法向的變化率（沿法向的方向?qū)?shù)）?！倦妶?chǎng)中的帶電粒子】在靜電場(chǎng)中的帶電粒子總是沿著電場(chǎng)方向或逆著電場(chǎng)方向受到電場(chǎng)力的作用。帶正電荷的粒子所受的力是沿電場(chǎng)方向的，帶負(fù)電荷的粒子所受的力則沿著電場(chǎng)的反方向。也就是說，帶正電荷的粒子從電勢(shì)高的地方向電勢(shì)低的地方做加速運(yùn)動(dòng)。而帶負(fù)電荷的粒子則從電勢(shì)低的地方向電勢(shì)高的地方做加速移動(dòng)。例如帶正電粒子從高電位開始運(yùn)動(dòng)到低電位。如果高電位與低電位之間的電勢(shì)差為，則在這段運(yùn)動(dòng)期間，電場(chǎng)力作功為W，則W=q。到達(dá)低電勢(shì)時(shí)質(zhì)量為m電粒子所帶的電量，以及運(yùn)動(dòng)始末的電勢(shì)差值有關(guān)

31、。對(duì)同樣的電勢(shì)差，場(chǎng)或非勻強(qiáng)場(chǎng)均適用，因?yàn)殡妶?chǎng)力所作的功總是q。如果我們?cè)诖怪庇趲щ娏Ｗ忧斑M(jìn)的方向上加一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，則運(yùn)動(dòng)的帶電粒子將要發(fā)生偏轉(zhuǎn)?！炯铀倨鳌考铀倨魇怯萌斯し椒ò褞щ娏Ｗ蛹铀俚捷^高能量的裝置。利用這種裝置可以產(chǎn)生各種能量的電子、質(zhì)子、氘核、粒子以及其它一些重離子。利用這些直接被加速的帶電粒子與物質(zhì)相作用，還可以產(chǎn)生多種帶電的和不帶電的次級(jí)粒子，象粒子、中子及多種介子、超子、反粒子等。目前世界上的加速器大多是能量在100兆電子伏以下的低能加速器，其中除一小部分用于原子核和核工程研究方面外，大部分用于其他方面，象化學(xué)、放射生物學(xué)、放射醫(yī)學(xué)、固體物理等的基礎(chǔ)研究以及工業(yè)照相、疾病的診斷

32、和治療、高純物質(zhì)的活化分析、某些工業(yè)產(chǎn)品的輻射處理、農(nóng)產(chǎn)品及其他食品的輻射處理、模擬宇宙輻射和模擬核爆炸等。近年來還利用加速器原理，制成各種類型的離子注入機(jī)。以供半導(dǎo)體工業(yè)的雜質(zhì)摻雜而取代熱擴(kuò)散的老工藝。使半導(dǎo)體器件的成品率和各項(xiàng)性能指標(biāo)大大提高。很多老工藝不能實(shí)現(xiàn)的新型器件不斷問世，集成電路的集成度因此而大幅度提高。【密立根】Millikan，Robert Andrews（18681953年）美國物理學(xué)家。19101917年，應(yīng)用帶電油滴在電場(chǎng)和重力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的方法，精確測(cè)定單個(gè)電子的荷電量，從而確定了電荷的不連續(xù)性這就是著名的密立根油滴實(shí)驗(yàn)。1916年曾驗(yàn)證愛因斯坦的光電效應(yīng)公式，并測(cè)定普朗

33、克常數(shù)。在宇宙射線方面也做了一些工作?！净倦姾伞吭又械碾娮雍驮雍酥械馁|(zhì)子帶有等量異種電荷。它們所帶的電量都是e=1.6021019庫侖，這一電量是不可分割的最小電量，稱之為基本電荷，也是電量的基本單位，這是密立根通過他的油滴實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果。不同離子本身可以帶有e，2e，3e，的電量?！倦娙萜鳌侩娐分杏靡苑e儲(chǔ)電能的基本元件。實(shí)際上用得最多的是由兩個(gè)導(dǎo)體組成的電容器，常見的電容器有平行板電容器以及圓柱電容器兩種。在兩個(gè)導(dǎo)體間由電介質(zhì)相隔。所用的電介質(zhì)有固體的、氣體的（包括真空）和液體的。按型式分，電容器有固定的、可變的和半可變的三類。按極片間使用的介質(zhì)分，則有空氣電容器、真空電容器、紙介電容

34、器、塑料薄膜電容器、云母電容器、陶瓷電容器、電解電容器等。電容器在電力系統(tǒng)中是提高功率因數(shù)的重要器件；在電子電路中是獲得振蕩、濾波、相移、旁路、耦合等作用的主要元件。電容器電量與電壓的比值只與電容器本身有關(guān)?！倦娙荨勘碚鲗?dǎo)體由于帶電而引起本身電勢(shì)改變的物理量。一個(gè)導(dǎo)體的電勢(shì)，非但與其本身的電荷有關(guān)，且與周圍的介質(zhì)和其他導(dǎo)體的電荷有關(guān)。當(dāng)其他導(dǎo)體的電勢(shì)都維持一定（例如接地）時(shí)，一個(gè)導(dǎo)體的電勢(shì)正比于其本身的電量，這個(gè)導(dǎo)體的電容就以其電量與電勢(shì)的比值來量度；電容器的電容以一個(gè)極板的電量與兩極板間電勢(shì)差的比值來量度。電容的大小取決于極板的形狀、大小、相對(duì)位置以及極板間電介質(zhì)的介壓升高，就要給它提供電量

35、（充電），使電壓升高一個(gè)單位所需的電量，在數(shù)值上等于它的電容。要注意，電容器和電容是兩個(gè)不同的概念。前者是兩個(gè)導(dǎo)體的組合。后者是描寫該組合性質(zhì)的物理量。對(duì)平行板電容 平行板之間的距離， L為圓柱電容器的長度，R1和R2是圓柱和球的內(nèi)外徑。在電容器的兩個(gè)導(dǎo)體之間充入電介質(zhì)可以使電容增大。實(shí)用中常利用這個(gè)方法增大電容器的電容。充入均勻介質(zhì)后，上述的三種形式的電容都要乘以一個(gè)大于1的常數(shù)（由電介質(zhì)的性質(zhì)決定），即電容增至倍?！倦娙萜鞯拇?lián)】多個(gè)電容器串聯(lián)時(shí)，流入電容器組的電量q全部進(jìn)入第一個(gè)電容器的左邊板（設(shè)A端接電池正極），其右邊板因感應(yīng)而帶-q，于是第二個(gè)電容器在板帶+q，右板帶-q。見圖33所

36、示，故電容的倒數(shù)等于每個(gè)電容的倒數(shù)之和。【電容器的并聯(lián)】如圖34所示為兩個(gè)電容器并聯(lián)，其中表示兩端A與B之間的電壓（絕對(duì)值），q表示充電時(shí)流入電容器的總電量。=C1+C2即并聯(lián)總電容等于每個(gè)電容器電容之和。電容器并聯(lián)時(shí)電容增大，串聯(lián)時(shí)電容減小。實(shí)用中可根據(jù)需要而選用并聯(lián)和串聯(lián)?！倦娙萜鞯膿舸看?lián)時(shí)總電壓分配于各電容器上，這時(shí)電容器的電容減小，卻提高了耐壓能力。耐壓能力是指電容器忍受外加電壓的能力。每個(gè)電容器的電壓都有一個(gè)界限，超過此界限時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過大的內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)，從而使所充的絕緣材料（電介質(zhì)）變?yōu)閷?dǎo)體以致于損壞電容器，這種現(xiàn)象叫“電容的擊穿”。【電流】帶電粒子的運(yùn)動(dòng)叫做“電流”。例如金屬中自由

37、電子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)，液體或氣體中正負(fù)離子相互沿相反方向流動(dòng)。在電流發(fā)生的同時(shí)，還會(huì)伴生出其他效應(yīng)：電流的周圍存在著磁場(chǎng)；電流通過電路時(shí)使電路發(fā)熱；通過電解質(zhì)時(shí)引起電解；通過稀薄氣體時(shí)，在適當(dāng)條件下導(dǎo)致發(fā)光等等。由于電流形成過程的不同，除傳導(dǎo)電流外，還有對(duì)流電流和位移電流。所謂的對(duì)流電流是帶電介質(zhì)或介質(zhì)中的帶電部分不是由于電場(chǎng)作用而在空間運(yùn)動(dòng)時(shí)形成的電流。同一般電流一樣，對(duì)流電流的周圍也存在著磁場(chǎng)。例如當(dāng)帶電的平行板電容器繞垂直于板面的軸急速旋轉(zhuǎn)時(shí)就出現(xiàn)磁場(chǎng)。由于帶電體在原來沒有電磁場(chǎng)的空間中勻速運(yùn)動(dòng)不須外力維持（如果不計(jì)空氣阻力），所以對(duì)流電流不需要電勢(shì)差來維持，它不引起熱效應(yīng)。致于位

38、移電流被定義為電位移矢量隨時(shí)間的變化率。麥克斯韋首先提出這種變化將產(chǎn)生磁場(chǎng)的假設(shè)，故稱“位移電流”。實(shí)際上位移電流只表示電場(chǎng)的變化率，與傳導(dǎo)電流不同，它不產(chǎn)生熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)。繼電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)之后，麥克斯韋的這一假設(shè)更深入一步揭露了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間的緊密聯(lián)系。位移電流是建立麥克斯韋方程組的重要依據(jù)。在中學(xué)課本中主要討論的是傳導(dǎo)電流。在導(dǎo)體中存在持續(xù)電流的條件是保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差（電壓）。【電流強(qiáng)度】單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電量為該截面處的電流強(qiáng)度。即通過導(dǎo)體某一橫截面的電量q，跟通過這些電量所用的時(shí)強(qiáng)度的單位是安培或簡(jiǎn)稱安，通常用“A”表示。常用的單位還有毫安（即10-3A表示為m

39、A）、微安（即10-6A表示為A）。金屬導(dǎo)體中的電流是自由電子在外電場(chǎng)作用下漂移運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。真空中的電子流，是由灼熱的金屬或金屬氧化物表面發(fā)射出來的電子，在真空中由外加電場(chǎng)加速作定向運(yùn)動(dòng)而形成電流。如陰極射線就是真空中的高速電子流。氣體中的電流，是在稀薄氣體中，兩端電極上加有足夠高的電壓時(shí)，從陰極表面逸出電子必向陽極運(yùn)動(dòng)，在電子向陽極運(yùn)動(dòng)的過程中，由外加電壓作用可獲得較大的動(dòng)能，這些電子與中性氣體分子相碰，使其電離（碰撞電離），同時(shí)正離子還能向陰極運(yùn)動(dòng)，再次從陰極表面擊出電子（二次電子發(fā)射）。所以碰撞電離和二次電子發(fā)射都使氣體中出現(xiàn)離子和大量電子，它們?cè)谕怆妶?chǎng)作用下定向移動(dòng)，形成氣體中電流。當(dāng)

40、對(duì)電解質(zhì)溶液的兩極加上電壓時(shí)，將使溶液中作熱運(yùn)動(dòng)的正負(fù)離子迭加一個(gè)漂移運(yùn)動(dòng)而形成電流。注意，由于在溶液中有正負(fù)兩種電荷沿相反方向運(yùn)動(dòng)，所以總電流應(yīng)該是正離子電流和負(fù)離子電流的絕對(duì)值的和?！痉€(wěn)恒電流】在恒定電阻的電路中，加上電壓恒定的電源，便產(chǎn)生大小和方向都不隨時(shí)間改變的電流，稱為“穩(wěn)恒電流?！薄倦娏髅芏取棵枋鲭娐分心滁c(diǎn)電流強(qiáng)弱和流動(dòng)方向的物理量。其大小等于單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于電流方向單位面積的電量，以正電荷流動(dòng)的方向?yàn)檎较颉Ｗ⒁怆娏髅芏群碗娏鲝?qiáng)度都是描寫電流的物理量。然而電流強(qiáng)度是一個(gè)標(biāo)量，是描寫導(dǎo)體中通過一個(gè)截面的電流量（不是點(diǎn)函數(shù)）；電流密度是一個(gè)矢量點(diǎn)函數(shù)，是描寫導(dǎo)體中某一點(diǎn)的電流方向

41、和通過該點(diǎn)垂直截面的電流強(qiáng)度?！練W姆定律】歐姆定律是研究在穩(wěn)恒電流通過的電路中，電流、電壓和電阻間的相互關(guān)系。這個(gè)關(guān)系可表示為兩種形式：部分電路歐姆定律和全電路（閉合電路）的歐姆定律。當(dāng)一段導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部就出現(xiàn)電場(chǎng)，載流子就要在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)，形成電流。關(guān)于電流與電壓之間的定量關(guān)系，德國科學(xué)家歐姆通過大量的實(shí)R的數(shù)值取決于導(dǎo)體的材料，形狀、長短、粗細(xì)及溫度等。當(dāng)這些因素不變時(shí)R為常數(shù)，只有當(dāng)R為常數(shù)時(shí)才可以說I與成正比。導(dǎo)體的R值越大流過它的電流I越小，可見R值反映導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙程度，稱為導(dǎo)體的電阻。在學(xué)習(xí)歐姆定律時(shí)應(yīng)注意的是：（1）歐姆定律對(duì)金屬導(dǎo)體及通常情況下的

42、電解液都很好地成立，但對(duì)半導(dǎo)體二極管、真空二極管以及許多氣體導(dǎo)電管等元件都不適用。（2）當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)部含有電源時(shí)，路的歐姆定律?！倦妱?dòng)勢(shì)】電源內(nèi)部非靜電力移送單位正電荷，將其從電源的負(fù)極移至正極所作的功，叫做電源的電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)的單位是伏特。電源提供電能必須通過非靜電力對(duì)電荷做功的方式從其他形式能量轉(zhuǎn)變而來。例如，在具有一定負(fù)載的直流電路中，若要維持電路中的電流恒定不變，就必須設(shè)法維持電路兩端有恒定的電勢(shì)差（電壓）。這就必須有非靜電力不斷對(duì)電荷作功來實(shí)現(xiàn)。在外電路電流是由高電勢(shì)的正極流向低電勢(shì)的負(fù)極。則在電源內(nèi)部必須由非靜電力將負(fù)電荷移到負(fù)極上，并將正電荷送到正極上。才能達(dá)到維持電路兩端的恒定電勢(shì)

43、差。【電阻定律】對(duì)于由一定材料制成的橫截面積均勻的導(dǎo)體，在一定的溫度下，它的電阻R和導(dǎo)體的長度l成正比，和橫截面積S成反比。導(dǎo)體橫截面積不均勻，或者電阻率不均勻時(shí)，可將其沿長度l的垂直【電阻率】表征物質(zhì)導(dǎo)電性能的物理量。也稱“體積電阻率”。電阻率越小導(dǎo)電本領(lǐng)越強(qiáng)。用某種材料制成的長1厘米、橫截面積為1平方厘米的導(dǎo)體電阻，在數(shù)值上等于這種材料的電阻率。也有取長1米、截面積1平方毫米的導(dǎo)電體在一定溫度下的電阻定義電阻率的。此兩種定義法定義的電阻率在數(shù)值上相差4個(gè)數(shù)量級(jí)。如第一種定義，銅在20時(shí)的電阻率為1.710-6歐姆厘米。而第二種定義電阻率為0.017歐姆毫米2/米。電阻率的倒數(shù)稱為電導(dǎo)率。電

44、阻率不僅和導(dǎo)體的材料有關(guān)，還和導(dǎo)體的溫度有關(guān)。在溫度變化不大的范圍內(nèi)，幾乎所有金屬的電阻率隨溫度作線性變化，即=0（1+t）。式中t是攝氏溫度，0是0時(shí)的電阻率，是電阻率溫度系數(shù)。由于電阻率隨溫度的改變而改變，所以對(duì)某些電器的電阻，必須說明它們所處的物理狀態(tài)。如220伏、100瓦電燈的燈絲電阻，通電時(shí)是484歐姆，未通電時(shí)是40歐姆。另外要注意的是：電阻率和電阻是兩個(gè)不同的概念。電阻率是反映物質(zhì)對(duì)電流阻礙作用的屬性，電阻是反映物體對(duì)電制中電導(dǎo)率的單位是西門子/米。【超導(dǎo)體】在溫度和磁場(chǎng)都小于一定數(shù)值的條件下，許多導(dǎo)電材料的電阻和體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度都突然變?yōu)榱愕男再|(zhì)。具有超導(dǎo)性的物體叫做“超導(dǎo)體”。

45、1911年荷蘭物理學(xué)家卡曼林-昂尼斯（18531926年）首先發(fā)現(xiàn)汞在4.173K以下失去電阻的現(xiàn)象，并初次稱之為“超導(dǎo)性”?，F(xiàn)已知道，許多金屬（如銦、錫、鋁、鉛、鉭、鈮等）、合金（如鈮鋯、鈮鈦等）和化合物（如Nb3 Sn、Nb3Al等）都是可具有超導(dǎo)性的材料。物體從正常態(tài)過渡到超導(dǎo)態(tài)是一種相變，發(fā)生相變時(shí)的溫度稱為此超導(dǎo)體的“轉(zhuǎn)變溫度”（或“臨界溫度”）?，F(xiàn)有的材料僅在很低的溫度環(huán)境下才具有超導(dǎo)性，其中以Nb3Ge薄膜的轉(zhuǎn)變溫度最高（23.2K）。1933年邁斯納和奧森費(fèi)耳德又共同發(fā)現(xiàn)金屬處在超導(dǎo)態(tài)時(shí)其體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，即能把原來在其體內(nèi)的磁場(chǎng)排擠出去；這個(gè)現(xiàn)象稱之為邁斯納效應(yīng)。當(dāng)磁場(chǎng)達(dá)到

46、一定強(qiáng)度時(shí)，超導(dǎo)性就將破壞，這個(gè)磁場(chǎng)限值稱為“臨界磁場(chǎng)”。目前所發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)體有兩類。第一類只有一個(gè)臨界磁場(chǎng)（約幾百高斯）；第二類超導(dǎo)體有下臨界磁場(chǎng)Hc1和上臨界磁場(chǎng)Hc2。當(dāng)外磁場(chǎng)達(dá)到Hc1時(shí)，第二類超導(dǎo)體內(nèi)出現(xiàn)正常態(tài)和超導(dǎo)態(tài)相互混合的狀態(tài)，只有當(dāng)磁場(chǎng)增大到Hc2時(shí)，其體內(nèi)的混合狀態(tài)消失而轉(zhuǎn)化為正常導(dǎo)體?，F(xiàn)在已制備上臨界磁場(chǎng)很高的超導(dǎo)材料（如Nb3Sn的Hc2 達(dá)22特斯拉，Nb3Al0.75Ge0.25的Hc2達(dá)30特斯拉），用以制造產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)的超導(dǎo)磁體。超導(dǎo)體的應(yīng)用目前正逐步發(fā)展為先進(jìn)技術(shù)，用在加速器、發(fā)電機(jī)、電纜、貯能器和交通運(yùn)輸設(shè)備直到計(jì)算機(jī)方面。1962年發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)隧道效應(yīng)即約瑟夫遜

47、效應(yīng)，并已用于制造高精度的磁強(qiáng)計(jì)、電壓標(biāo)準(zhǔn)、微波探測(cè)器等。近兩年來，中國、美國、日本在提高超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度上都取得了很大的進(jìn)展。1987年研制出YBaCuO體材料轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到90100K，零電阻溫度達(dá)78K，也就是說過去必須在昂貴的液氦溫度下才能獲得超導(dǎo)性，而現(xiàn)在已能在廉價(jià)的液氮溫度下獲得。1988年又研制也CaSrBiCuO體和CaS- rTlCuO體，使轉(zhuǎn)變溫度提高到114115K。近兩三年來，超導(dǎo)方面的工作正在突飛猛進(jìn)?！練W姆】Ohm，Georg Simon（17871854年）德國物理學(xué)家。1787年生于歐藍(lán)格，畢業(yè)于歐藍(lán)格大學(xué)。1826年發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體的電阻、電流與電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系定律現(xiàn)

48、稱歐姆定律。此定律先未受重視，直到1833年歐姆在紐侖堡任物理學(xué)教授時(shí)才漸為人所知。1849年歐姆任慕尼黑大學(xué)物理學(xué)教授。后人為紀(jì)念其對(duì)電學(xué)貢獻(xiàn)，以其名做為電阻的單位?！倦姽Α侩娏魍ㄟ^電路時(shí)，電場(chǎng)力對(duì)電荷作的功叫做電功。在國際單位制中，電功的單位是焦耳。有時(shí)用千瓦小時(shí)（即通常所說的“度”）。式子，只有當(dāng)電路是純電阻電路，并沒有反電動(dòng)勢(shì)存在時(shí)才成立。如果電路負(fù)載中存在反電動(dòng)勢(shì)，要分清三種形式公式的適用范圍以及它們的物理意義。當(dāng)電路負(fù)載中有反電動(dòng)勢(shì)時(shí)，則W=It為整個(gè)負(fù)載的總功，而W=I2Rt則僅表示負(fù)載所消耗熱的那部分功。【電功率】每單位時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所作的功叫做電功率。在國際單位制中，電功率的單

49、位是瓦特（常用的單位還有馬力、千克力米/秒）。電阻，沒有反電動(dòng)勢(shì)存在時(shí)上列各式都成立。如果電路負(fù)載中存在反電動(dòng)勢(shì)，則要分清此三公式的適用范圍及其物理意義。若電路負(fù)載中存在反電動(dòng)勢(shì)，則P=I為整個(gè)負(fù)載的總功率，而P=I2R則僅表示負(fù)載所消耗熱的那部分功率。例如，當(dāng)電路中接有直流電機(jī)時(shí)，如果加在電機(jī)兩端電壓為，正常工作時(shí)通過電流為I。則當(dāng)電樞線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)作切割磁力線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，這一感生電動(dòng)勢(shì)和外加電壓方向相反，因（輸入功率），I正反為克眼反電動(dòng)勢(shì)所消耗的功率，即轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，只有在純電阻電路中，三個(gè)公式可以通用，而在有反電動(dòng)勢(shì)的電路中（含源電路）三者不能混淆。【焦耳定律】導(dǎo)體在通過電流時(shí)會(huì)

50、有熱量發(fā)出。英國物理學(xué)家焦耳通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出如下的規(guī)律：電流通過導(dǎo)體時(shí)放出的熱量Q與電流I的平方、導(dǎo)體的電阻R以及通電時(shí)間t成正比，即Q=KI2Rt，這就是焦耳定律。電流通過導(dǎo)體時(shí)按這一規(guī)律所放出的熱量叫做焦耳熱。若分別以焦耳、安培、歐姆及秒等為國際制單位測(cè)量熱量、電流、電阻及時(shí)間，實(shí)驗(yàn)測(cè)得K=1焦耳/歐姆安培2秒。故上式變?yōu)楫?dāng)n個(gè)導(dǎo)體串聯(lián)時(shí)，由于通過所有導(dǎo)體的電流都相等，用前式來比較個(gè)別導(dǎo)體所放出的熱量較為方便。當(dāng)n個(gè)導(dǎo)體并聯(lián)時(shí)，在各個(gè)導(dǎo)體上的電流各不相同，但它們兩端的電壓都相等，在這種情況下用后式較為方便。必須再次強(qiáng)調(diào)說明的是，當(dāng)電路上有電流通過時(shí)，不但產(chǎn)生熱的效應(yīng)，而且還可以產(chǎn)生其他不同的

51、效應(yīng)。例如，在一般的電路中，除有純電阻外還有電動(dòng)機(jī)，電解槽等用電器，那么電能除部分轉(zhuǎn)化為熱（內(nèi)能）外，還要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等。因此，只有當(dāng)電路為純電阻，而且整個(gè)電路不能運(yùn)行時(shí)，電流所做的功才全部變?yōu)闊?，否則W=It總要大于電流的純電阻上產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt?！敬?lián)電路】多個(gè)電阻按圖35所示方式的聯(lián)接叫做串聯(lián)。串聯(lián)電路的基本特征是只有一條支路，由此出發(fā)可以推出串聯(lián)電路有如下五個(gè)特點(diǎn)：（1）流過每個(gè)電阻的電流相等。因?yàn)橹绷麟娐分型恢返母鱾€(gè)截面有相同的電流強(qiáng)度。（2）總電壓（串聯(lián)電路兩端的電壓）等于分電壓（每個(gè)電阻兩端的電壓）之和，即=12+n。這可由電壓的定義直接得出。（3）總電阻等于分

52、電阻之和。把歐姆定律分別用于每個(gè)電阻可得1=IR1，2=IR2，n=IRn代入=1+2n并注意到每個(gè)電阻上的電流相等，得=I（R1R2Rn）。此式說明，若用一個(gè)阻值為R=R1R2+Rn的電阻元件代替原來n個(gè)電阻的串聯(lián)電路，這個(gè)元件的電流將與原串聯(lián)電路的電流相同。因此電阻R叫原串聯(lián)電阻的等效電阻（或總電阻）。故總電阻等于分電阻之和。（4）各電阻分得的電壓與其阻值成正比，因?yàn)閕=IRi。（5）各電阻分得的功率與其阻值成正比，因?yàn)镻i=I2Ri。【并聯(lián)電路】多個(gè)電阻按圖36所示方式的聯(lián)接叫并聯(lián)。由n個(gè)電阻并聯(lián)而成的那部分電路有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，n條支路。并聯(lián)電路有如下五個(gè)主要特點(diǎn)：（1）每個(gè)電阻兩端電壓相等

53、。因?yàn)槊總€(gè)電阻兩端都是A點(diǎn)和B點(diǎn)。（2）總電流等于各分電流之和，即I=I1+I2+In。因?yàn)閺墓?jié)點(diǎn)A流入的電流一定等于從節(jié)點(diǎn)B流出的電流。（3）總電阻的倒數(shù)滿足上式的R叫做并聯(lián)電路的等效電阻（或總電阻），可見總電阻的倒數(shù)等于分電阻的倒數(shù)和。對(duì)兩個(gè)電阻并聯(lián)的簡(jiǎn)單情況，總電阻可以寫成多個(gè)電阻則可依此類推。圖37所示是一個(gè)電阻R等效代替兩個(gè)并聯(lián)電阻的情況。（4）各電阻分得的電流與其阻值成反比。這一點(diǎn)可由Ii=上的幾個(gè)特點(diǎn)，不難得出結(jié)論：（1）并聯(lián)電阻必小于每個(gè)參與并聯(lián)的電阻的阻值。（2）當(dāng)兩個(gè)并聯(lián)電阻的阻值R1和R2懸殊時(shí)（R1I10，故I1I1。于是N1I1N2I2即上式說明：變壓器接近滿載時(shí)，原

54、、副線圈中的電流與它們的匝數(shù)成反比。對(duì)于升壓變壓器來說N2N1，故I2I1，即電流變??；對(duì)于降壓變壓器，由于N2N1，故I2I1，即電流變大。通常所說“高壓小電流，低壓大電流”就是這個(gè)道理。這也符合能量守恒定律。其變壓器的輸入功率應(yīng)等于輸出功率。電壓升高，電流必然以相應(yīng)的比例減小。否則便破壞了能量定恒與轉(zhuǎn)化定律。變壓器的種類很多，常用的幾種是：電力變壓器，電源變壓器，耦合變壓器，調(diào)壓變壓器等?！倦娏ψ儔浩鳌?這種變壓器是用于輸電網(wǎng)路。因?yàn)檩旊娋€上的功率損耗正比于電流的平方，所以遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，就要利用變壓器升高電壓以減小電流。這種高電壓經(jīng)高壓輸電線傳送到城市、農(nóng)村后，再用降壓變壓器逐級(jí)把電壓降到

55、380伏特和220伏特，供一般的用電戶使用。電力變壓器的容量通常較大。都是一些大型的變壓器?！倦娫醋儔浩鳌?不同的電子儀器和設(shè)備以及同一儀器電路的不同部位往往需要各種不同的電壓，如電子管的燈絲電壓是6.3伏特，其板極電壓需要300伏特；各種晶體管的集電極工作電壓是幾伏至幾十伏；示波管的加速極電壓達(dá)3000伏特等等。通常都用電源變壓器將220伏特的市電電壓變到各種需要電壓?！抉詈献儔浩鳌?所謂耦合，在物理學(xué)上指兩個(gè)或兩個(gè)以上的體系或兩種運(yùn)動(dòng)形式之間通過各種相互作用而彼此影響以至聯(lián)合起來的現(xiàn)象，例如兩個(gè)線圈之間的互感是通過磁場(chǎng)的耦合。無線電線路中常用作極間耦合的變壓器，如收音機(jī)的中周、輸入變壓器、

56、輸出變壓器都屬于這一類，稱為耦合變壓器。耦合變壓器的作用是多方面的，它還可以用來達(dá)到阻抗匹配等?！菊{(diào)壓變壓器】 亦稱為“自耦變壓器”在生產(chǎn)和科學(xué)研究中，常需要在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)交變電壓，供這種用途的變壓器叫做調(diào)壓變壓器。通常調(diào)壓變壓器就是一個(gè)帶有鐵心的線圈，線圈由漆包線繞成，以便滑動(dòng)觸點(diǎn)c能在各匝上移動(dòng)，從而在c、b兩端獲得可調(diào)的交流電壓。如圖359所示。大容量的調(diào)壓變壓器也用于輸電網(wǎng)路，以調(diào)節(jié)電網(wǎng)中的電壓?！净ジ衅鳌?互感器也是一種變壓器，一般它用于測(cè)量高電壓和大電流。這是因?yàn)楦唠妷汉痛箅娏骶荒苡媒涣鞣乇砗桶才啾碇苯尤y(cè)量。而是借助于互感器把高電壓變成低電壓，或把大電流變成小電流，而把

57、電壓表或電流表接在副線圈一邊（即低電壓或小電流線圈的一邊）測(cè)出低電壓或小電流。根據(jù)伏特表或安培表測(cè)出的電壓數(shù)值或電流的數(shù)值，再利用已知的變壓比或電流比可計(jì)算出高壓線路中的電壓或電流。其接法如圖360所示。從圖中可以看出，在測(cè)量電壓時(shí)是把原線圈并聯(lián)在高電壓電路中，副線圈上接入交流伏特表。且原線圈的線圈圈數(shù)多，副線圈的線圈圈數(shù)少。而測(cè)量電流時(shí)是把原線圈串聯(lián)在被測(cè)電路中，副線圈接交流安培表，而原線圈的線圈圈數(shù)少，副線圈的線圈圈數(shù)多。這正是變壓器的性質(zhì)所決定的。【隔直電容】 利用電容器的容抗與交流電的頻率成反比的特性，在電路中用于隔離直流電，而只允許交流電通過的電容，在此電路中叫“隔直電容器”。例如，

58、在放大器線路中的輸入端和輸出端，常設(shè)置這種電容，一方面隔斷放大器的輸入端與信號(hào)源之間，輸出端與負(fù)載之間的直流通道，保證放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)不因輸入、輸出的連接而發(fā)生變化，另一方面又要保證需要放大的交流信號(hào)可以暢通地經(jīng)過放大器放大，溝通信號(hào)源一放大器一負(fù)載三者之間的交流通道。隔直電容的名稱是指電容器在電路中的作用而言?！九月冯娙荨?可將混有高頻電流和低頻電流的交流電中的高頻成分旁路掉的電容，稱做“旁路電容”。例如當(dāng)混有高頻和低頻的信號(hào)經(jīng)過放大器被放大時(shí)，要求通過某一級(jí)時(shí)只允許低頻信號(hào)輸入到下一級(jí)，而不需要高頻信號(hào)進(jìn)入，則在該級(jí)的輸出端加一個(gè)適當(dāng)大小的接地電容，使較高頻率的信號(hào)很容易通過此電容被旁路

59、掉（這是因?yàn)殡娙輰?duì)高頻阻抗小），而低頻信號(hào)由于電容對(duì)它的阻抗較大而被輸送到下一級(jí)放大。旁路電容的大小一定要選擇適當(dāng)，若電容量大就有可能低頻信號(hào)也被旁 量小，又不能充分的旁路高頻?！具h(yuǎn)程輸電】 因?yàn)檩旊娋€上的功率損耗正比于電流的平方，所以在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)就要利用大型電力變壓器升高電壓以減小電流，方能有效地減少電能在輸電線路上的損失。由發(fā)電廠發(fā)出的電功率是一定的，它決定于發(fā)電機(jī)組的發(fā)電能力。經(jīng)過升壓變壓器可以把電壓升高，但變壓器卻不能改變其功率，由P=IU得由此看出，電壓升高，電流減小。這一點(diǎn)也是和變壓器的原理相一致的。對(duì)升壓變壓器來講初級(jí)的電壓低，電流大，而次級(jí)的電壓高而電流小。 遠(yuǎn)程輸電所需要的

60、。因?yàn)樵谳旊娋€路上的能量損失以其功率表示，即P損=I2R當(dāng)電流減小n倍時(shí)，其功率損失將減小n2倍。故采取升壓減流是減少電能損失的有效辦法。設(shè)想我們用減小電阻R的方法來減少電能損失是不太有效的。因?yàn)檫h(yuǎn)程輸電路程較長，要減小電阻R，對(duì)同種材料來說就必須增加導(dǎo)線的橫截面積。其截面增大n倍，也只能把電能損失減少n倍，這樣導(dǎo)線就變得很粗，造成材料的浪費(fèi)。顯然，它遠(yuǎn)不如高壓輸送來得經(jīng)濟(jì)。當(dāng)用高電壓把電能輸送到用電區(qū)后，需要逐次把電壓降至380伏特和220伏特供給用戶。這要靠降壓變壓器的功能。遠(yuǎn)程輸電是變壓器的一大功能?！窘涣麟姷恼鳌?將交流電變成直流電的過程叫做“交流電整流”。整流可分為半波整流、全波整