正文 第一章 靜電場(二)(1 / 1)

二、電荷

采取某種手段,可以從原子中取走一個或幾個電子。失去電子的原子便顯示出帶正電,

這種帶正電的一個原子(或幾個原子)稱為正離子。反之,當原子獲得額外的電子時,便顯示出帶負電,這種帶負電的一個原子(或幾個原子)稱為負離子。

硒種不同的物體相互摩擦時,若一種物體中的電子受原子核的束縛力較弱,則這種物體的電子會跑到另一種物體E,失去電子的物體便帶正電,獲得電子的物體便帶負電。這些能夠脫離原子核的束縛而自由活動的電子稱為自由電子。物體的溫度升高,自由電子數就增多,自由電子的活動也加劇。如所周知,當用絲綢摩擦玻璃棒時,玻璃棒的溫度升高,棒上的自由電子便會轉移到絲綢上,玻璃棒便帶正電,而絲綢則帶負電。

物體帶電,即物體荷有電,所以電又稱為電荷。物體的帶電過程實際上是正、負電荷分離的過程。如果把帶有等量而異種電荷的物體互相接觸,它們還會恢複到不帶電的狀態,這種現象稱為電或電荷的中和。正、負電荷是物體固有的,電荷不能創造,也不能消滅,隻能從一個物體轉移到另一個物體1.這就是電荷守恒定律。

三、導體、絕緣體和半導體

大家知道,金屬、石墨和電解液具有良好的導電性能,稱為導體。

電線是用銅或鋁製成的,因為它們有很強的導電性和良好的延展性。金屬的導電性能由強到弱的順序為:

銀、銅、金、鋁、鋅、鉑、錫、鐵、鉛、汞。

居第一位的是銀,但因其產量少、價格貴,隻在某些電氣元件中少量用到。

石墨有良好的導電性,硬度低,在空氣中不燃燒,是製造電極和碳刷的好材料。

金屬和石墨所以具有良好的導電性,是因為它們中存在大量自由電子,如1cm3的銅中,約有1023個自由電子。

酸、堿和鹽類的水溶液都能導電,堿和鹽類的熔化液也能導電。這些溶解於水或在熔化狀態下能導電的物質叫做電解質。電解質和水分子相互作用,能在溶液中分離為正離子和負

離子,這些正、負離子能自由活動,形成導電溶液。

包在電線外麵的橡膠、塑料都是不導電的物質,稱為絕緣體。常用的絕緣材料還有陶瓷、雲母、膠木、矽膠、絕緣紙和絕緣油等,空氣也是良好的絕緣物質。

絕緣物質的原子結構和金屬不同,其原子中最外層的電子受原子核的辣縛作用很強,不容易離開原子而自由活動,因而絕緣體的導電作用很差。

導體和絕緣體的區別決定於物體內部是否存在大量自由電子(或離子),導體和絕緣體的界限也不是絕對的,在一定條件下可以相互轉化。例如玻璃在常溫下是鍾緣體,高溫時就轉變為導體。

此外,還有一些物質,如矽、鍺、硒等,其原子的最外層電子既不像釜屬那樣容易掙脫原子核的束縛而成為自由電子,也不像絕緣體那樣受到原子核的緊緊束縛,這就決定了這類物質的導電性能介於導體和絕緣體之間,並且隨著外界條件(溫度、光照)及摻入微量雜質而顯著改變,這類物質稱為半導體。

1.2庫侖定律

一、點電荷

實驗表明,用絕緣線懸掛的兩個很輕的帶電球之間有作用力,如圖12所示。帶同種電荷的兩帶電球相互排斥,帶異種電荷的兩帶電球相互吸引。

帶電體之間的作用力與帶電體的大小和形狀有關,但是當帶電體之汪的距離遠大於帶電體本身的大小時,就可以認為該帶電體是一個點電荷,即電荷集中在一叩“點”上。

均勻帶電球體可看成是電荷全部集中在球心的點電荷。

二、真空中的庫侖定律

1875年法國科學家庫侖根據實驗結果提出了點電荷之間相互作用力白7關係:

在真空中,兩個點電荷q,和9:之間相互作用力的大小,與q,和9:的乘積成正比,而與它們之間的距離,的二次方成反比。作用力的方向在兩點電荷的連線上。同種電荷相斥,異種電荷相吸。

1.3電場和電場強度

一、電場

我們知道,一個物體對另一個物體的作用力,要麼是直接接觸而發生,要麼是通過中間物質作媒介而發生。

兩個電荷,相隔一段距離,它們之間有相互作用力,又是通過什麼物質而發生的呢?英國科學家法拉第在1832年認為,在電荷的周圍存在著電場,電荷之間的作用力是通過電場來實現的。實驗證實,電場是一種特殊形態的物質,隻要有電荷,其周圍就存在著電場,靜止電荷的周圍存在的電場叫靜電場。電荷q,和q:相互有作用力,實際上是9。周圍的電場對處在其中的q:產生作用力;而q:周圍的電場也對處在其中的g。產生作嗣力。這種作用力叫電場力。隻要有電荷,在其周圍就存在著電場,電荷和電場是不可分靜的統一體。電荷在電場中受到力,便有運動的趨勢,說明電場具有能量的性質。