Electric Charge and Electric Fields

Dave 教授又和大家见面了，今天我们来讨论电场。

在我们生活的这个时代，随时随地用电是理所当然的。

只需插入墙上得插座，

就可以驱动你想要的任何设备。

但是，电在哪里呢？什么是电呢？

几个世纪以来发现的各种现象

最终导致我们掌握了

这种不可思议的力量，

现在让我们来学习一下吧。首先，

我们注意到的东西是电荷。

最简单的演示就是：在你的头上摩擦气球，

就能看到头发被气球的某些神秘力量所吸引。

两个你头发摩擦过的气球会神奇的彼此推开。

这是因为摩擦导致了

电荷在材料间发生了转移，

头发变得带正电，

气球带负电，

这些术语由 “本杰明·富兰克林” 开发。

异种电荷会彼此吸引，

这就是为什么你的头发粘在气球上，

而同种电荷相互排斥，

这就是为什么两个气球会彼此推开。

这种电荷的特性是由某些亚原子粒子携带。

最常见的质子带正电荷，

电子带负电荷，

和中子一道他们组成了宇宙中的所有原子。

想了解更多有关原子的信息请关注

我的普通化学课程。

当摩擦发生时，

电-本质上是电子，很容易转移，

电子从你的头发转移到了气球，

在材料上产生了电荷，

每个电子携带着基本电荷，

也就是 1.6×10 ^ -19 库仑。

这个量对电子是负的，

对质子是正的。

所有物质的电荷都是这个量的倍数。

也就是说电荷是量子化的。

我们可以以电荷转移能力来给物质分类，

容易转移电荷的物质是导体，

不容易的就是绝缘体。

异种电荷相互吸引的原因是电场力（静电力、库仑力），

这通过库仑定律来描述，

它指出两个物体之间电场力的大小

等于库仑常数

乘以一个物体上的电荷量在乘另一物体的电荷量，

然后除以它们之间的距离的平方。

值得注意的是，这与牛顿的万有引力定律基本相同，

唯一的区别之处在于，

电场力可以是吸引力或排斥力，

这取决于电荷之间的符号差异

和由此引起的力的符号差异，

而引力总是吸引力。

另外需要注意到的有趣的事情是，

库仑常数

要比引力常数大 20 个数量级

也就说明出这两种力强弱的巨大差异。

该定律还告诉我们，

两个物体之间的电场力大小随着电荷量的

增加而增加，

随着它们之间的距离增加而减小。

如果存在两个以上的电荷，

必须使用矢量叠加法来确定

系统中任何粒子的净受力。

正如引力场传播引力一样，

电场传播电场力。

然而，正如前面所说，

电场力远远强于引力。

这一点可以从以下事实得到证实：

脚上的微粒

和地面上的微粒之间的排斥力足够强大，

从而使你不会往地球中心坠落。

我们还可以用一个便宜的冰箱磁贴，

克服地球的引力，

把一张纸固定在冰箱上。

任何带电体周围

都存在着电场，

如果其他带电体进入到这个场，

将发生相互作用。

点电荷所产生的电场强度

等于库仑常数乘以产生这个场的物体电荷量

再除以该物体与其所作用的物体之间的距离的平方。

我们描述电场的一种方法是

通过绘制的电场线，

通常指向负电荷，

并开始于正电荷，

并不相交叉。这些并不真正存在，

但这是一种分析空间中任意点的场方向 的便捷方法，

像这种由两个带异种电荷粒子

所产生的场，

我们可以称之为电偶极子。

场线越密集区域，

场强就越大。

如果有许多粒子产生场，

这样的线条可能特别有用。

这对我们使用电场力有何优势呢？

要搞清楚，

如何在 “电势” 中移动。

但是，首先让我们来复习下，看看你的理解。

两个质子相距 5 米电场力大小是多少呢?

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