理论教育 电磁场基本原理:物质、电荷与静电感应

电磁场基本原理:物质、电荷与静电感应

时间:2023-11-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:电荷:物体所带的电荷[量]Q电荷和电流●根据电流流动的难易,物质可以分为多种类型:电导率:表示电流在物体内流动的难易程度к(S/m)物质和电导率●物体靠近带电体:带电体:带有电荷的物体静电感应注:导体与绝缘体的差异可以通过静电感应现象的不同来加以鉴别[1]电流的定义导体横截面中单位时间dt内通过的正电荷的电荷量dQ时,电流I的定义式:电流的方向为正电荷的移动方向。这种现象称为静电感应。

电磁场基本原理:物质、电荷与静电感应

电荷:物体所带的电荷[量]Q(C)

电荷和电流

根据电流流动的难易,物质可以分为多种类型:

电导率:表示电流在物体内流动的难易程度к(S/m)

物质和电导率

物体靠近带电体:

带电体:带有电荷的物体

静电感应

注:导体与绝缘体的差异可以通过静电感应现象的不同来加以鉴别

[1]电流的定义

导体横截面中单位时间dt内通过的正电荷的电荷量dQ时,电流I(A)的定义式:

电流的方向为正电荷的移动方向。

[2]电荷守恒定律

在闭合导体中,导体内所有电荷移动时,其电荷的总量不变。

[3]电导率

电导率κ(S/m)为

ρ电阻率(固有电阻)(Ω·m)

l为物体的长度(m)

S为物体的截面面积(m2

R为物体的电阻(Ω)

电流,即电荷沿着一定的方向移动电导率表示电荷移动的难易程度(www.daowen.com)

电荷

物质是由基本的原子组成,原子是由其中间部分的原子核和绕原子核四周椭圆轨道上旋转的电子组成,而原子核由质子和中子组成。

质子和电子是物体产生电磁作用的来源,质子带有正电荷,电子带有负电荷,质子和电子所带的电荷数量相等,其值e=1.602×10-19C为电荷的最小单位,称之为元电荷或基本电荷。

电子分布在原子核的周围,存在不能自由地移动到其他原子的束缚电子和可从原子脱离并自由地四处移动的自由电子。一般地,原子含有相同数量的质子和电子,所以原子不带电,表现为中性。不过,当原子失去电子的话,该原子就带有正电荷。如果,当原子获取了多余的电子,那么原子就带有负电荷。前者为阳(正)离子,后者为阴(负)离子。

导体、绝缘体

一般的金属都是很好地导电的导体。金、银、铜、铁、铅等的金属元素以及这些金属的合金,称之为金属。金属很容易导电,这主要是由于其晶体内存在自由电子。玻璃、橡胶等绝缘体的原子内部全部电子都被束缚,在物质内部不能自由地移动,因此不能导电。

此外,有些可以根据周围的电场和光照来控制电传导程度的物质,通常被称为半导体。以极低的温度控制使其电阻为0的物质被称为超导体

静电感应

若将物质(导体)靠近带电体,则在中性物体中,其靠近带电体一侧会感应与带电体上电荷不同符号的电荷,远离带电体一侧会感应同符号的电荷的极性相同。这种现象称为静电感应。

有时,当我们触摸门把手的时候,时常会由于静电的作用产生麻木和电击的感觉,这种现象在干燥的冬天更容易出现。产生这种电击的主要原因是摩擦生电(产生静电)若两个物体相互摩擦就会产生静电。只要人们在行走,就会与各种物体摩擦而带电。由于身体与衣服、衣服相互间、鞋子与地板等的摩擦带电,所以在身体上就会积聚电荷。

当身体积聚电荷的情况下,接触金属的门把手时,就会感受到电击和麻木感。身体就成为带电体,当手接触金属门把手(导体)时,由于静电感应,金属门把手上就会感应不同符号的电荷,在正负的电荷之间会引起火花放电,身体也就感受到了电击的现象。

例题1

如上图所示,有截面面积为2mm2的导体,在6s时间之内通过该导体的横截面的自由电子数量为3×1020个,试求流过导体的电流。

【例题1解】

流过导线的电流为

例题2

测定长为20m、直径为1mm的镍铬电热丝的电阻为28Ω,试求这根镍铬电热丝的电导率。

【例题2解】

电热丝的截面面积S

镍铬电热丝的电导率κ

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