高中物理:电学
静电学
1. 电荷
电荷是一种物理性质,表示物体带电的情况。
电荷具有正电和负电两种电性,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。
用电荷量表示所带电荷的量,符号为 \(Q\) 或 \(q\),单位为库仑,符号为 \(\mathrm C\)。
注意: 库仑不是电学基本物理单位,安培才是。
电荷守恒定律: 对于一个孤立系统,其内部电荷量的代数和始终不变。
2. 库仑定律
对于真空中两个静止点电荷的相互作用电场力(即库仑力),方向沿它们的连线,大小满足
\[F=\frac {kq_1q_2}{r^2}
\]
其中 \(k\approx 9\times 10^9\,\mathrm {N\cdot m^2/C^2}\)
扩展:
- 库仑定律在场源电荷静止,受力物体运动时也成立,但场源电荷运动时不成立(电场运动产生磁场,存在修正力)。
- 在无限大均匀电介质中库仑定律表述为 \(F\propto \dfrac{q_1q_2}{r^2}\),比例系数 \(k=\dfrac 1{4\pi\varepsilon}\),\(\varepsilon\) 为介电常数。
需要说明的是,库仑定律指出静电力是保守力,从而存在电势能的概念。
3. 静电场
库仑定律仍存在局限性:未能说明静电力是如何传递的。
事实上,静电力是靠电场传递的,传递速度为光速。
电荷在空间中会激发电场,电场对放入其中的带电物体有力的作用,且正比于电荷量。
定义某点电场强度为在该点所受的力与电荷量的比值,即 \(\vec E=\dfrac {\vec F}q\)