前言,电磁学 ---研究电磁现象及其规律的科学。
1）电磁现象是很早发现的现象
公元前 600年前，希腊哲学家 赛列斯 发现琥珀
磨擦可以吸引轻小物体。
东汉时期王充“论衡”中有；
“顿牟掇芥，磁石引针,的记载
1820年奥斯特发现电流的磁效应 ---改变将电现象
与磁现象分别研究的情况。
2）两个里程碑
玳瑁
I
A） Faraday电磁感
应定律的发现。
（ E l e c t r o m a g n e t i s m ）第三编电磁学
解释和推断一切电磁现象，电磁学成为一门完
整的科学。预言了光的电磁本性。相对论的问
世，又将电磁学推向了一个新高潮。
2）两个里程碑
A） Faraday电磁感
应定律的发现。
B） Maxwell方程的建立
3）发展方向,
?在工程上怎样利用
Maxwell进一步解决
各种实际问题。
小小毛病
何足道哉！
第七章 真空中的静电场
§ 7-1静电的基本现象及基本规律
一、物体带电及基本现象
1、几个名词
物体带电 ---物体具有吸引轻小
物体的性质以后，便称为
, 物体带电”、“物体处于带
电状态” 。
电荷 ---物体带电后的一种属性。
?在理论上则是如何把电磁理论作为更普遍
的理论的特例加以推广？如：推广到引力
理论和量子场论。
（ Static Electric Field in Vacuum ）
+ +
电量,电荷（属性）的定量测度。用 Q或 q表示。
注意 ；带电体、电荷、电量这三个名词
经常不加区别地使用。电荷一词
用得最广。
带电体,处于带电状态的物体。
起电,使物体带电的过程。
物体之所以能带电是因为物质具有电结构
物体失去或得到多余电子
时，物体便带电。 +
-
-
-
-
2、基本电现象
?“同性相斥，异性相吸”
?电荷可以中和
如一个人的电荷的百分之一
不被中和，其电性力和地球
的重量相当。
物体带电的过程，就是
打破电中和状态的过程。
即能量转化的过程。
3、电荷的单位和量子化
物体带电是物质中电子的转移，以电子电量
作电量的单位最合适，但是电子电量太小。
“SI”制中：库仑 (C)
1库仑 =6.25× 1018|e|
1|e|=1/6.25× 1018=1.60× 10-19C
至今实验室测出的电量,
Q=n|e| ……..n 为整数
强子理论研究中提出所谓夸克模型,以四味
夸克为例
U quark (上 )
D quark(下 )
S quark(奇 )
C quark(粲 )
2/3 |e|
-1/3 |e|
-1/3 |e|
2/3|e|
带 电 夸克
U quark (上 )
D quark(下 )
S quark(奇 )
C quark(粲 )
2/3 |e|
-1/3 |e|
-1/3 |e|
2/3|e|
带 电 夸克
D U
U 质子 Q=2/3|e|+2/3|e|-1/3|e|=|e|
D D
U Q=2/3|e|-1/3|e|-1/3|e|=0 中子
研究宏观电磁现象时不必考虑电子量子化问题。
二、两个基本规律
1、电荷守恒定律及电荷不变性,
电荷守恒定律
对某系统,如没有净电荷出入其边界,则
系统的电荷的代数和保持不变,
en HTU
4
2
234
90
238
92 ??
注意,电荷守恒定律是一个自然界普遍成立的
规律,如铀核的放射性衰变中,电荷守恒,
电荷的不变性,电荷量不因坐标的变换而改变
+Q
d
2、库仑定律
?点电荷,当带电体的线度与它到其它带电体
之间距离或到研究点之间的距离足够
小 (d<<r),因而可忽略其大小,将电荷看
成集中于一点的带电体,
r 场点 P
注意,1)点电荷的概念具有相对性 ;
2)不能看成点电荷的带电体可看
成无数多个点电荷的集合,
+ + +
+ + + + + + + +
+ +
dq
?真空中的库仑定律
场点
?真空中的库仑定律
2
21
2112 r
qq
kFF
?
??大小,
方向：同性相斥，异性相吸。
r
q1
+ F
12
+
q2
F21 r
+ --
q1 q2 F12 F21
两个点电荷之间的相互作用力的大小
和它们的电量的乘积成正比，与它们
之间的距离的平成反比。作用力的方
向在两点电荷的连线上，且“同性相
斥
，异性相吸”。
受力施力 ?? rr
qq
kF ?
2
21
?
库仑定律的矢量表示,
注意,21 qq? 为代数量
为从施力电荷指向受力
电荷的单位矢量
122
21
21 ?rr
qq
kF ?
?
212
21
12 ?rr
qq
kF ?
?
? K=9?109牛顿 ·米 2·/ 库仑 2= 9?109米 /法
?
受力施力 ?r?
?有理化,
令,
04
1
??
?k
米法 /1085.8 12???
(真空中的介电系数 )
有理化形式的库仑定律,
?两点注意,
A)库仑定律的适应条件,
真空 (空气也可 );
点电荷 ;
mr 415 1010 ???
B)库仑力满足矢量叠加
原理
212
21
0
12
?
4
1
r
r
qq
F
??
?
?
--
+
+
+
1q
2q
3q
0q
90 1094
1
4
1
??
??
??
?
k
例：求氢气中电子和质子之间电力与万有引力之比,
已知
kgm e 31101.9 ??? kgm p 271067.1 ???
Cq p 191060.1 ??? Ce 191060.1 ????
39
273111
2199
1027.2
1067,1101.91067.6
)1060.1(109
??
?????
??
?
???
?
解,
结论,库仑力 >>万有引力
pe
pe
pe
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G
e
mGm
qkq
r
mm
G
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qq
k
F
F
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2
2
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1）电磁现象是很早发现的现象
公元前 600年前，希腊哲学家 赛列斯 发现琥珀
磨擦可以吸引轻小物体。
东汉时期王充“论衡”中有；
“顿牟掇芥，磁石引针,的记载
1820年奥斯特发现电流的磁效应 ---改变将电现象
与磁现象分别研究的情况。
2）两个里程碑
玳瑁
I
A） Faraday电磁感
应定律的发现。
（ E l e c t r o m a g n e t i s m ）第三编电磁学
解释和推断一切电磁现象，电磁学成为一门完
整的科学。预言了光的电磁本性。相对论的问
世，又将电磁学推向了一个新高潮。
2）两个里程碑
A） Faraday电磁感
应定律的发现。
B） Maxwell方程的建立
3）发展方向,
?在工程上怎样利用
Maxwell进一步解决
各种实际问题。
小小毛病
何足道哉！
第七章 真空中的静电场
§ 7-1静电的基本现象及基本规律
一、物体带电及基本现象
1、几个名词
物体带电 ---物体具有吸引轻小
物体的性质以后，便称为
, 物体带电”、“物体处于带
电状态” 。
电荷 ---物体带电后的一种属性。
?在理论上则是如何把电磁理论作为更普遍
的理论的特例加以推广？如：推广到引力
理论和量子场论。
（ Static Electric Field in Vacuum ）
+ +
电量,电荷（属性）的定量测度。用 Q或 q表示。
注意 ；带电体、电荷、电量这三个名词
经常不加区别地使用。电荷一词
用得最广。
带电体,处于带电状态的物体。
起电,使物体带电的过程。
物体之所以能带电是因为物质具有电结构
物体失去或得到多余电子
时，物体便带电。 +
-
-
-
-
2、基本电现象
?“同性相斥，异性相吸”
?电荷可以中和
如一个人的电荷的百分之一
不被中和，其电性力和地球
的重量相当。
物体带电的过程，就是
打破电中和状态的过程。
即能量转化的过程。
3、电荷的单位和量子化
物体带电是物质中电子的转移，以电子电量
作电量的单位最合适，但是电子电量太小。
“SI”制中：库仑 (C)
1库仑 =6.25× 1018|e|
1|e|=1/6.25× 1018=1.60× 10-19C
至今实验室测出的电量,
Q=n|e| ……..n 为整数
强子理论研究中提出所谓夸克模型,以四味
夸克为例
U quark (上 )
D quark(下 )
S quark(奇 )
C quark(粲 )
2/3 |e|
-1/3 |e|
-1/3 |e|
2/3|e|
带 电 夸克
U quark (上 )
D quark(下 )
S quark(奇 )
C quark(粲 )
2/3 |e|
-1/3 |e|
-1/3 |e|
2/3|e|
带 电 夸克
D U
U 质子 Q=2/3|e|+2/3|e|-1/3|e|=|e|
D D
U Q=2/3|e|-1/3|e|-1/3|e|=0 中子
研究宏观电磁现象时不必考虑电子量子化问题。
二、两个基本规律
1、电荷守恒定律及电荷不变性,
电荷守恒定律
对某系统,如没有净电荷出入其边界,则
系统的电荷的代数和保持不变,
en HTU
4
2
234
90
238
92 ??
注意,电荷守恒定律是一个自然界普遍成立的
规律,如铀核的放射性衰变中,电荷守恒,
电荷的不变性,电荷量不因坐标的变换而改变
+Q
d
2、库仑定律
?点电荷,当带电体的线度与它到其它带电体
之间距离或到研究点之间的距离足够
小 (d<<r),因而可忽略其大小,将电荷看
成集中于一点的带电体,
r 场点 P
注意,1)点电荷的概念具有相对性 ;
2)不能看成点电荷的带电体可看
成无数多个点电荷的集合,
+ + +
+ + + + + + + +
+ +
dq
?真空中的库仑定律
场点
?真空中的库仑定律
2
21
2112 r
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方向：同性相斥，异性相吸。
r
q1
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12
+
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+ --
q1 q2 F12 F21
两个点电荷之间的相互作用力的大小
和它们的电量的乘积成正比，与它们
之间的距离的平成反比。作用力的方
向在两点电荷的连线上，且“同性相
斥
，异性相吸”。
受力施力 ?? rr
kF ?
2
21
?
库仑定律的矢量表示,
注意,21 qq? 为代数量
为从施力电荷指向受力
电荷的单位矢量
122
21
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212
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? K=9?109牛顿 ·米 2·/ 库仑 2= 9?109米 /法
?
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?有理化,
令,
04
1
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米法 /1085.8 12???
(真空中的介电系数 )
有理化形式的库仑定律,
?两点注意,
A)库仑定律的适应条件,
真空 (空气也可 );
点电荷 ;
mr 415 1010 ???
B)库仑力满足矢量叠加
原理
212
21
0
12
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--
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1
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例：求氢气中电子和质子之间电力与万有引力之比,
已知
kgm e 31101.9 ??? kgm p 271067.1 ???
Cq p 191060.1 ??? Ce 191060.1 ????
39
273111
2199
1027.2
1067,1101.91067.6
)1060.1(109
??
?????
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???
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解,
结论,库仑力 >>万有引力
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