95物理学概论第八章电磁学ⅰ.doc

第八章 電磁學Ⅰ 電力與電場 摩擦起電：將與毛皮摩擦過的尺或塑膠棒（帶負電）靠近小紙片小紙片會站立。 電力—電荷之間的作用力： 同性相斥異性相吸，大小與距離平方程反比。 qE 、 E為電場。 電場：電荷在其周圍建立的“電力性質”之空間分佈。這空間分佈的傳遞速度為光速。電荷之間的作用力是以電場為媒介而產生的。（重力則以重力場為媒介） 正電荷的場是往外，負電荷的場是往內。 電力線必從正電出發，終於負電。 電的 效應：電場會被金屬隔離，大雷雨時躲在車內較車外安全。 電位（電壓）：電位＝電位能/電荷 ，單位為焦爾/庫侖 試驗電荷(test charge)在正負電荷的電位， 試驗電荷都是正的，正電荷恆從電位高往電位低處跑。 ◎電偶極與極化（重要） 電偶極 所謂電偶極是指大小相同的正、負電荷分隔一固定距離所形成的一個「結構」。如右圖所示，電偶極會順著外電方向排列。 離子 原子由原子核和核外電雲所構成，一般成中性，原子核所帶正電等於電子雲所帶負電。若原子失掉電子則變成帶正電的正離子，若多得到電子則成為帶負電的負離子。 極性與極化 分子是由幾個原子結合構成，如果構成分子的原子不是中性，有些偏向帶正電、有些帶負電，則此分子稱之為 分子。（此時分子的正負電荷中心分開，稱之為電偶極）。 極性分子帶有永久性的電偶極。 右圖的水分子就是一個帶有永久電偶極的極性分子 如果構成分子的原子都是中性，此時分子的正負電荷中心是重合的，沒有電偶極，則稱此分子為非極性分子。 加外電場於非極性分子時，會造成強迫極化，得到感應電偶極。 ⊙用電偶極說明微波爐如何煮食。 ⊙尖端放電效應。 ◎磁力與磁場 磁力—磁極間的作用力：同性相斥異性相吸。 磁場：磁極在其周圍建立的“磁力性質”之空間分佈。 這空間分佈的傳遞也是光速。磁極之間的作用力是以磁場為媒介而產生的。 進一步說，磁場是運動中的電荷在其周圍建立的“磁力性質”之空間分佈；磁場也只對運動中的電荷有作用力。 ⊙電流（運動的電荷）產生磁場： 實驗：電流的磁效應 通有電流的導線，在其周圍會產生磁場的現象將銅線兩端分別連接電池的正、負極，通以電流，然後靠近磁針，結果磁針竟然發生偏轉了 直電流導線周圍磁場的特性：磁場的方向與電流的方向互相垂直。 ⊙為什麼磁鐵能在周圍建立磁場？ ⊙為什麼磁鐵能對另一磁鐵產生作用力？ ⊙錄放音原理。 ⊙磁場通量變化產生電場。 實驗如右圖所示，磁棒在線圈附近運動，使得線圈的磁場通量改變，而產生電場、驅動電荷。 法拉第定律： 線圈中所生的感應電動勢ε，等於線圈內磁通量ΦB 的時間變化率。 水力發電 水推動葉片，快速旋轉線圈，造成線圈磁通量改變就產生感應電動勢。 ◎電流I、電壓V、電阻R、電功率P 我們可以用水在管中流動時之水流量、水壓、阻力， 來比喻導線中的 、 與電阻。 ⊙電流：因為有高電位與低電位的分別，電荷由高電位流向低電位，於是形成電流。 電流代號I，，每秒鐘流過多少電荷。 電流單位：安培（記為A），為每秒鐘流過一庫侖電荷。一庫侖有6.25*1018個電荷。 ⊙電壓代號V 電壓=電流電阻 （V=IR） ； 電流=電壓÷電阻 （I=V÷R） 電壓單位：伏特（也記為V），為一庫侖電荷通過，得到一焦耳的能量。 ⊙電阻代號R 電阻單位：歐姆（記為Ω）。 電流與熱效應，Joule’s Law) ⊙電功率代號P 電功率=電流電壓=電流2電阻 （P=IV=I2R） 電功率單位：瓦特（記為W），為每秒鐘一焦耳能量。 ○例題：右圖電流多少？2Ω的電阻經3分鐘產生多少能量？換算為多少卡？ ○電壓110V、800W的電熱器通過的電流多少？其電阻為何？ ○手機電池所標示規格的意義。 30 95物理學概論 第七章熱學、第八章電磁學Ⅰ 30 95物理學概論 第七章熱學、第八章電磁學Ⅰ S N 2Ω 6V 4Ω I 電位低 電位高 電位低 電位高