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【电力线】电力线是描述电场分布情况的图像。它是由一系列假想的曲线构成。曲线上各点的切线方向和该点的电场方向一致，曲线的疏密程度，跟该处的电场强度成正比。电力线比较形象地表示出电场的强弱和方向。在静电场中电力线从正电荷开始而终止于负电荷，不形成闭合线也不中断。在涡旋电场中，电力线是没有起点和终点的闭合线。由于电场中的某一点只有一个电场方向，所以任何两条电力线不能相交。电力线上各点的电势（电位）沿电力线方向不断减小。 【法拉第】（Faraday，Michel，1791～1867）法拉第是著名的英国物理学家和化学家。他发现了电磁感应现象，这在物理学上起了重要的作用。1834年他研究电流通过溶液时产生的化学变化，提出了法拉第电解定律。这一定律为发展电结构理论开辟了道路，也是应用电化学的基础。1845年9月13日法拉第发现，一束平面偏振光通过磁场时发生旋转，这种现象被称为“法拉第效应”。光既然与磁场发生相互作用，法拉第便认为光具有电磁性质。1852年他引进磁力线概念。他主张电磁作用依靠充满空间的力线传递，为麦克斯韦电磁理论开辟了道路，也是提出光的电磁波理论的先驱，他的很多成就都是很重要的、带根本性的理论。他制造了世界上第一台发电机。所有现代发电机都是根据法拉第的原理制作的。法拉第还发现电介质的作用，创立了介电常数的概念。后来电容的单位“法拉”就是用他的名字命名的。法拉第从小就热爱科学，立志献身于科学事业，终于成为了一个伟大的物理学家。 【麦克斯韦】Maxwell James Clerk英国物理学家（1831～1879）。阿伯丁的马里查尔学院和伦敦皇家学院、剑桥大学教授，并且是著名的卡文迪什实验室的奠基人。皇家学会会员。在汤姆逊的影响下进行电磁学的研究，提出了著名的麦克斯韦方程式，这是电磁学中场的最基本的理论。麦克斯韦从理论上计算出电磁波传播速度等于光速，他认为：光就是电磁波的一种形态。对于统计力学、气体分子运动论的建立也作出了贡献。引进了气体分子的速度分布律以及分子之间相互碰撞的平均自由程的概念。著有《论法拉第力线》、《论物理力线》、《电磁场运动论》、《论电和磁》、《气体运动论的证明》、《气体运动论》。还著有《热理论》、《物质与运动》等教科书。 【超距作用】一些早期的经典物理学者认为对于不相接触的物体间发生相互作用，如两电荷之间的作用力以及物体之间的万有引力都是所谓的“超距作用力”。这种力与存在于两物体间的物质无关，而是以无限大速度在两物体间直接传递的。但是，电磁场的传播速度等于光速的这一事实说明电的作用力和电场的传播速度是有限的。因此“超距作用”论便自然被否定了。实际上，电磁场就是物质的一种形态，因此不需借助其他物质传递。 【导体】在外电场作用下能很好地传导电流的物体叫做导体。导体之所以能导电，是由于它具有大量的可以自由移动的带电粒子（自由电子、离子等）。电导率在102（欧姆·厘米）-1以上的固体（如金属），以及电解液等都是导体。金属和电解液分别依靠自由电子和正负离子起导电作用。 【自由电荷】存在于物质内部，在外电场作用下能够自由运动的正负电荷。金属导体中的自由电荷是带负电的电子，因为金属原子中的外层电子与原子核的联系很弱，在其余原子的作用下会脱离原来的原子而在整块金属中自由运动，在没有外电场时这种运动是杂乱无章的，因此不会形成电流。在外电场作用下，电子能按一定方向流动而形成电流。电解液或气体中的离子也都是自由电荷。 【束缚电荷】电介质中的分子在电结构方面的特征是原子核对电子有很大的束缚力，即使在外电场的作用下，这些电荷也只能在微观范围有所偏离。但它们一般不会彼此相互脱离。例如，电介质在外电场作用下从微观上看是分子发生电极化，微观电极化的宏观效果就是沿电场方向，在电介质的两端出现两种等量而异号的感应电荷。研究电介质的电性质时，应主要考虑束缚电荷的作用。 【电量】物体所带电荷的多少叫做电量。在国际单位制中，电量的单位是库仑。静电系单位制的电量为静库。物体所带电荷的量值是不连续的。单个电子的电量是电量的最小单元，其值为1.6×10－19库仑，一切带电体所带电量的数值都必须是电子电量e的整数倍。 【电离】原子是由带正电的原子核及其周围的带负电的电子所组成。由于原子核的正电荷数与电子的负电荷数相等，所以原子是中性的。原子最外层的电子称为价电子。所谓电离，就是原子受到外界的作用，如被加速的电子或离子与原子碰撞时使原子中的外层电子特别是价电子摆脱原子核的束缚而脱离，原子成为带一个（或几个）正电荷的离子，这就是正离子。如果在碰撞中原子得到了电子，则就成为负离子。 【静电平衡】在静电感应过程中，随着导体两端的正负电荷的不断积累，所产生的附加电场不断增强，直至跟导体内的外电场完全抵消。这时导体中的总电场处处为零，自由电荷不受电场力的作用，不再移动，导体两端的电荷不再增加。此时导体达到静电平衡状态。静电平衡状态的导体有如下的性质：（1）导体内部场强处处为零。（2）导体是个等势体，导体表面是个等势面。（3）导体表面上任何一点的场强都垂直于该点的表面。（4）电荷只能分布在导体的表面上。导体内部不存在净电荷。 【静电屏蔽】为了避免外界电场对仪器设备的影响，或者为了避免电器设备的电场对外界的影响，用一个空腔导体把外电场遮住，使其内部不受影响，也不使电器设备对外界产生影响，这就叫做静电屏蔽。空腔导体不接地的屏蔽为外屏蔽，空腔导体接地的屏蔽为全屏蔽。空腔导体在外电场中处于静电平衡，其内部的场强总等于零。因此外电场不可能对其内部空间发生任何影响。若空腔导体内有带电体，在静电平衡时，它的内表面将产生等量异号的感生电荷。如果外壳不接地则外表面会产生与内部带电体等量而同号的感生电荷，此时感应电荷的电场将对外界产生影响，这时空腔导体只能对外电场屏蔽，却不能屏蔽内部带电体对外界的影响，所以叫外屏蔽。如果外壳接地，即使内部有带电体存在，这时内表面感应的电荷与带电体所带的电荷的代数和为零，而外表面产生的感应电荷通过接地线流入大地。外界对壳内无法影响，内部带电体对外界的影响也随之而消除，所以这种屏蔽叫做全屏蔽。为了防止外界信号的干扰，静电屏蔽被广泛地应用科学技术工作中。例如电子仪器设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的铅皮等等，都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。 【电势能】与重力场一样，静电场是一个有势场。在静电场中所以能引入电势能的概念，是因为静电场具有势场的性质。所谓的势场，就是当点电荷q在任意静电场中运动时，电场力所做的功只取决于运动的始末位置而与路径无关。这种性质叫做有位性（有势性），具有这种性质的场叫做位场（势场）。在静电场中任意选取一个参考点，将正电荷q从该点移到静电场中的另一点P在此过程中，如果是外力反抗电场力作功，则所作的功等于q从参考点移到P点所增加的电势能。若从参考点到P点是电场力作正功则所作的功等于q所减少的电势能。假如电荷q在参考点的电势能为零，则将正电荷q由参考点反抗电场力使之移到P点所作的功就等于q在P点时所具有的电势能。通常把无穷远处定义为电势能的零点。实用上常把地球表面作为电势能的零点。在静电场中将电荷q放在由点电荷Q所激发的场中，如图3－1所示，设点电荷q从场中的P1点沿某一路径移到另一点P2，任取一元位移 ，设q在位移前后与Q的距离分别为r和r′。场力 在这一元位移上所作的元功dA=Fdlcosa。其中a是 与 的夹角，由图可 当电荷q在点电荷Q的场中运动时电场力所作的功只取决于运动电荷的始末位置，而与路径无关。任何电荷在静电场中的电势能的数值是由该电荷和电源电荷以及它们之间的相对位置所决定。电荷在匀强电场中移动时，场力所作的功可以从功的定义直接计算，即W=FScosθ=qFScosθ。也可以根据电势能的变化来计算，即W=ε始—ε终，对不均匀场，一般采用电势能的变化来计算比较方便。由于电势能等于电量q和电势Ｕ的乘积，所以电场力所作的功也可以写成为 W=qＵ始-qＵ终=q（Ｕ始-Ｕ终）。 【电势】电势是描写电场的一个物理量，也称为“电位”。静电场中某点的电势等于单位正电荷在该点时所具有的势能。理论上常把“无穷远”处作为电势零点，实用上则常取地球表面为电势零点。故某点的电势在数值上也等于单位正电荷从该点移到无穷远（或地面）时电场对它所作的功。这功与所经路径无关，所以场中各点的电势各有一定数值。例如由正电荷所激发的场中的单位正电荷，从场中的某点移到无穷远时，电场力作正功，则该点的电势为正。如果是负电荷所激发的场，场中某点的单位正电荷移到无穷远处，电场力所作的功为负，则该点的电势也为负。和电势能一样，电势的概念也是因为静电场具有“功和路程无关”的性质而引入的，但电势能和试探电荷的正负大小有关，而电势完全取决于电场本身，它的数值只和场源电荷的电性、电量大小及所考虑的点的位置有关，和试探电荷的数值及存在与否无关。因为对电场中指定点电势的单位就是由此公式规定的。正点电荷q0的电场中各点电势都是正物理量，但电势和电场作功相联系，场强和电场力相联系，所以前者是标量，后者是矢量。在计算场的迭加问题时，电势取标量和，场强用矢量和。在匀强电场中，电荷q沿电场方向移动距离d，电场力所作的功W=qEd，而电势能改变量为qＵab，a、b为电荷q的始点和终点。根据功能关系，二者应该相等，即qEd=qＵab，位距离的电势差（电压），方向指向电势降落的方向。对于非均匀场，向电势降落的方向。这一关系非常重要，因为在实践中一般能直接测量的是各个导体的电势，求得电势后就可利用求导数而计算场强。直接求解含有电场强度的矢量方程是比较困难的，而求解含有电势的标量方程，相对说来较为方便（理论物理中的泊松方程和拉普拉斯方程就是电势解场的实例）。 【等势面】亦称为“等位面”。在有势场中，势的数值相等的各点所联成的面。一般规定每隔一定数值的势画一等势面，场较强的地方等势面较密，较弱的地方较疏，因此等势面是描述场分布情况的一种直观图象。例如点电荷产生的静电场，等势面是以点电荷为中心的一组同心球面，且内密外疏。电荷沿同一等势面移动时，电场力不作功，所以等势面与电场方向永远是垂直的。静电场中的任何导体的表面都是等势面；又因其内部不存在电场，它同时也是一个等势体。静电场中的电力线处处和等势面相垂直，并指向电势降落的方向。 【电势差】静电场中或直流电路中两点间电势的差值，也称为“电位差”或“电压”。数值上等于电场力使单位正电荷从一点移动到另一点时所作的功。在交流电路中，两点间的电势差在正负极大值之间作周期性变化，所以电势差只有瞬时值的意义，常用有效值表示，一般交流用下总是从电势高的地方走向电势低的地方。假定A点的电势为ＵA，B点的电势为ＵB，而ＵA＞ＵB，把正电荷q从A点移到B点，q的电势能减少量为qＵA-qＵB即W=q（ＵA-（ＵB）=qＵAB，ＵAB就是AB两点间的电势差（或电压）。 【电子伏特】在研究原子、原子核、基本粒子等微小粒于时，往往用电子伏特作为能量单位。1电子伏特，就是带有单个电子电量的带电粒子，在电压为1伏特的两点间，在电场力作用下粒子所增加的能量。它是带电粒子加速器中的能量单位，用起来比较方便。比如说这台加速器是1亿电子伏的能量，就是说，他能把单位电荷的粒子加速而得到1亿电子伏的能量。国际通用的符号是eV。1电子伏特=1eV=1.6×10-19库仑×1伏=1.6×10-19焦耳。 【匀强电场】在电场中，各个点的电场强度的大小和方向均相同的场叫匀强电场。在匀强电场中的等势面是垂直于电力线的一族互相平行的平面。在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积。即场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势电势在电场方向上的变化是均匀的。 【电场强度与电势差】在匀强电场中，电场强度与电势差之间的关系为ＵAB=Ed，其中d是AB两点间沿电场方向的距离。如图3－2所示。对于非匀强电场，单位正电荷从P点移到参考点P0时电场力所作的功，叫做P点的电位（或电势），记作Ｕ。既然场力所做的功与场强有关。就应找到电势与场强的关系。点电荷q从P到P0点时场力所做的功 位移向量的标量积）。对场中任意两点电势之差（电压）与电场强度之 位是点函数，电压不是点函数。应该养成“对一点谈电势，对两点谈电压”的习惯；（2）在许多情况下不但要关心两点电压的绝对值，而且要关心这两点的电势谁高谁低。一般以ＵAB表示ＵA-ＵB，（称为“A对B的电压”），于是从ＵAB的正负便表示了A、B电位的高低；（3）静电场力所作的功与路径无关，所以当电场确定时，两点的电压就完全确定，但电位却与参考点的位置有关。因此说到某点的电势时，一定要明确指出参考点。只要在同一问题中选定一个参考点，电势就有确定的 表示的为电势与场强的微分关系。此式说明，（1）一点的场强与过该点的等位面垂直，而且指向电位减小的方向；（2）某点场强的大小等于该点电势沿等势面法向的变化率（沿法向的方向导数）。 【电场中的带电粒子】在静电场中的带电粒子总是沿着电场方向或逆着电场方向受到电场力的作用。带正电荷的粒子所受的力是沿电场方向的，带负电荷的粒子所受的力则沿着电场的反方向。也就是说，带正电荷的粒子从电势高的地方向电势低的地方做加速运动。而带负电荷的粒子则从电势低的地方向电势高的地方做加速移动。例如带正电粒子从高电位开始运动到低电位。如果高电位与低电位之间的电势差为Ｕ，则在这段运动期间，电场力作功为W，则W=qＵ。到达低电势时质量为m 电粒子所带的电量，以及运动始末的电势差值有关。对同样的电势差， 场或非匀强场均适用，因为电场力所作的功总是qＵ。如果我们在垂直于带电粒子前进的方向上加一个匀强电场，则运动的带电粒子将要发生偏转。 【加速器】加速器是用人工方法把带电粒子加速到较高能量的装置。利用这种装置可以产生各种能量的电子、质子、氘核、α粒子以及其它一些重离子。利用这些直接被加速的带电粒子与物质相作用，还可以产生多种带电的和不带电的次级粒子，象γ粒子、中子及多种介子、超子、反粒子等。目前世界上的加速器大多是能量在100兆电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，象化学、放射生物学、放射医学、固体物理等的基础研究以及工业照相、疾病的诊断和治疗、高纯物质的活化分析、某些工业产品的辐射处理、农产品及其他食品的辐射处理、模拟宇宙辐射和模拟核爆炸等。近年来还利用加速器原理，制成各种类型的离子注入机。以供半导体工业的杂质掺杂而取代热扩散的老工艺。使半导体器件的成品率和各项性能指标大大提高。很多老工艺不能实现的新型器件不断问世，集成电路的集成度因此而大幅度提高。 【密立根】Millikan，Robert Andrews（1868～1953年）美国物理学家。1910～1917年，应用带电油滴在电场和重力场中运动的方法，精确测定单个电子的荷电量，从而确定了电荷的不连续性这就是著名的密立根油滴实验。1916年曾验证爱因斯坦的光电效应公式，并测定普朗克常数。在宇宙射线方面也做了一些工作。 【基本电荷】原子中的电子和原子核中的质子带有等量异种电荷。它们所带的电量都是e=1.602×10－19库仑，这一电量是不可分割的最小电量，称之为基本电荷，也是电量的基本单位，这是密立根通过他的油滴实验验证的结果。不同离子本身可以带有e，2e，3e，……的电量。 【电容器】电路中用以积储电能的基本元件。实际上用得最多的是由两个导体组成的电容器，常见的电容器有平行板电容器以及圆柱电容器两种。在两个导体间由电介质相隔。所用的电介质有固体的、气体的（包括真空）和液体的。按型式分，电容器有固定的、可变的和半可变的三类。按极片间使用的介质分，则有空气电容器、真空电容器、纸介电容器、塑料薄膜电容器、云母电容器、陶瓷电容器、电解电容器等。电容器在电力系统中是提高功率因数的重要器件；在电子电路中是获得振荡、滤波、相移、旁路、耦合等作用的主要元件。电容器电量与电压的比值只与电容器本身有关。 【电容】表征导体由于带电而引起本身电势改变的物理量。一个导体的电势，非但与其本身的电荷有关，且与周围的介质和其他导体的电荷有关。当其他导体的电势都维持一定（例如接地）时，一个导体的电势正比于其本身的电量，这个导体的电容就以其电量与电势的比值来量度；电容器的电容以一个极板的电量与两极板间电势差的比值来量度。电容的大小取决于极板的形状、大小、相对位置以及极板间电介质的介 压升高，就要给它提供电量（充电），使电压升高一个单位所需的电量，在数值上等于它的电容。要注意，电容器和电容是两个不同的概念。前者是两个导体的组合。后者是描写该组合性质的物理量。对平行板电容 平行板之间的距离， L为圆柱电容器的长度，R1和R2是圆柱和球的内外径。在电容器的两个导体之间充入电介质可以使电容增大。实用中常利用这个方法增大电容器的电容。充入均匀介质后，上述的三种形式的电容都要乘以一个大于1的常数ε（由电介质的性质决定），即电容增至ε倍。 【电容器的串联】多个电容器串联时，流入电容器组的电量q全部进入第一个电容器的左边板（设A端接电池正极），其右边板因感应而带-q，于是第二个电容器在板带+q，右板带-q。见图3－3所示，故电容的倒数等于每个电容的倒数之和。 (责任编辑：admin) |