第一章 静电场——经典的基本现象和基本规律

经典的基本现象和基本规律

1.1两种电荷

物体有吸引轻小物体的性质，就说它带了电，或者有了电荷。
带电的物体叫带电体。
使物体带电叫做起电。
用摩擦方法使物体带电叫做摩擦起电。
同种电荷相排斥，异种电荷相吸引。
电荷量：物体所带电荷数量的多少。简称电量。
测量电量最简单的仪器是验电器。
正电荷：用绸子抹茶过的玻璃棒所带的电荷。
负电荷：毛皮摩擦的橡胶棒所带电荷。
中和：正负电荷互相完全抵消的状态。
实验表明，摩擦起电还有一个重要特性，就是相互抹茶的两个物体总是同时带电的，而且所带的电荷等量异号。

1.2经典感应 电荷守恒定律

静电感应也是一种起电方式。
摩擦起电和静电感应实验表明：起电过程是电荷从一个物体转移到另一个物体（或同一个无图的另一部分）的过程。
电荷守恒定律：电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。也就是说，在任何物理过程中，电荷的代数和是守恒的。

1.3导体、绝缘体和半导体

按照电荷在其中是否容易转移和传导，习惯上可以把物体大致分成两类：(1)导体：电荷能够从产生的地方迅速转移或传导到其他部分的物体。(2)绝缘体：电荷几乎只能停留在产生的地方的物体。（这种分类不是绝对的，绝缘体与导体没有严格的界限）

1.4物质的电结构

物质内部固有地存在着电子和质子着两类基本电荷正式各种物体带电过程的内在根据。
物体不显电性的原因是：物体包含的电子总数与质子总数相等。
自由电子：在金属导体中，原子中的最外层电子（价电子）可以摆脱原子的复数，在整个导体中的自由运动。
原子实：原子中除价电子外的其余部分。
晶格（晶体点阵）：在固态技术中原子实排列称整齐的点阵。
技术微观结构：自由电子在晶体点阵间跑来跑去，无规则运动，并不时地彼此碰撞或与点阵上的原子实碰撞。
自由电子：导体内部存在的可以自由移动的电荷。（这里的自由电荷可以是金属的自由电子，也可以是溶液或气体中的正负离子。）
束缚电荷：绝缘体中，绝大部分电荷都只能在一个院子或分子的范围内作微小的位移。
载流子：半导体中的导电粒子。
N型半导体：半导体中多数载流子是电子。（带负电）
P型半导体：半导体中多数载流子是空穴。（带正电）
电荷的量值是离散的（量子化的），电荷的量值有个基本单元，即一个质子或电子所带电量的绝对值e。
e=1.60217646283×10^-19C
C（库伦）是电量的单位。1C=6.24×10¹⁸e。

1.5库仑定律

点电荷：本身的几何线度比起它到其它带电体的距离小的多的带电体。因此可以忽略带电体形状和电荷分布的影响。
库仑定律：在真空中，两个精致的点电荷q₁和q₂之间的相互作用力的大小和q₁与q₂的乘积成正比，和他们之间的距离r的平方成反比；作用力的方向验证它们的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。

库仑定律

其中F₁₂表示q₁给q₂的力，r代表两点电荷之间的距离，r^₁₂代表q₁到q₂的方向的单位矢量（因为力是矢量，既有大小，又有方向。）
在MKSA单位制下（电量单位C，距离单位m，力的单位N）比例系数k可以表示为

ε₀叫做真空电容率或真空介电常量，ε₀=8.854187817...×10^-12/(N·m²)
因此，k的近似值约为：k=8.99×10⁹N·m²/C²
库伦:如果导线中载有1A的恒电流，则在1S内通过导线横截面的电量为1C，即 1C=1A·S。
库伦与e.s.u电量关系：1C=3.00×10⁹e.s.u.电量
在MKSA单位制中，长度(L)、质量(M)、时间(T)、电流(I)为基本量，任何一个屋里两的两个都可以由它们表示。