ch1-1_引言电荷和电场_20140909.pdf

引言 电磁场是物质世界的重要组成部分之一。经典电动力学是 依靠Franklin (富兰克林)、Coulomb （库仑）、Ampere (安培)、 Farady (法拉第)、Maxwell (麦克斯韦)、Einstein (爱因斯坦)、 Lorentz(洛仑兹)等建立的，前后历经100 年时间。 经典电动力学主要内容包括电磁场的基本属性、电磁场的 运动规律，以及电磁场与带电物质之间的相互作用。经典电 动力学理论存在局限性，不满足相对性原理，1905 年爱因斯 坦提出了基于新时空观的、适用与任何惯性参照系的理论— —狭义相对论。 电磁现象和电磁力理论的完整性成为物理学家的对物理学 研究所追求的一种范式，甚至成为对其它力研究所追求的一 种理想的模型。 本章是采用从静电场、静磁场的基本规律出发，然后做其 中的部分定律做推广，并借助相关的假设，给出随时间变化 的电磁场运动规律的完整定律，这些理论的准确性都是通过 后来大量的实验得到检验与证明。 第一章 电磁现象的普遍规律 §1 电荷和电场 在本节是从关于静止电荷之间的库仑相互作用力出发，给 出静止的电荷所激发的静电场的场强表达式，然后分析静电 场的散度和旋度性质，包括其积分和微分的形式。最后，我 们对静电场 1. 库仑定律 真空中静止 （相对于观察者）的点电荷 对另一静止点电 Q 2 荷 的作用力 为： Q F 1 12 Q Q F = 1 2 r 12 3 12 4pe r 0 12 r 式中， 、 为电荷的电量，单位为库仑；矢径 为从 指 Q Q 12 Q 1 2 2 F r 向 的矢径； 的方向与 的方向之间的关系取决于 Q 12 12 Q Q 1 1 2 12 2 2 的符号。0 8.8510 C /(N m ) 为真空的介电常数 （电容率）。库仑定律是从实验事实总结出来的数学表达式， 其主要的特征是：满足牛顿第三定律，是向心力，具有与距 离平方反比的依赖关系。 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 库仑力遵守平方反比定律意义重大，它是静电场高斯定理的基础。 如果偏离平方反比定律的后果：光子的静质量不为零；规范不变性不 再成立；电荷守恒定律将被破坏；静电平衡时导体上的电荷不再全部 分布在导体的表面；电磁波在真空中传播时会发生色散等等。近代物 F µ 1 r2+a 15 理实验证实 ， 10 。参见E. R. Willia