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古典電磁學

一隻示範靜電嘅效應;隻貓嘅郁動令到佢啲毛皮有咗摩擦起電效應,當中喺隻貓嘅毛皮上面產生嘅靜電荷搞到佢曉吸引啲(唔帶電荷)發泡膠呢啲輕嘅嘢。

古典電磁學粵拼gu2 din2 din6 ci4 hok6英文classical electromagnetism)係電磁學嘅一個子領域同埋理論框架,佢用咗牛頓嗰套模型嘅延伸嚟研究電荷同埋電流之間嘅相互作用,並且解釋到好多嘅現象。佢查實就唔完美:喺研究啲好細粒嘅嘢(例如係原子)或者係喺個環境嘅力場好弱嗰陣,量子電動力學(quantum electrodynamics)做嘅預測會準過古典電磁學做嘅好多。但係喺啲嘢嘅尺寸夠大同埋啲力場夠強-即係一般地球嘅環境-嗰陣,量子力學講嘅作用可以唔理,而古典電磁學嗰柞式會做到好準嘅預測,所以呢門理論喺好多應用層面嗰度都仲好有價值[1][2][3][4]

電嘅相關概念

電荷

一架范德格拉夫起電機(Van de Graaff generator)可以令到掂住佢嗰個人帶電。呢啲機喺科學博物館嗰度成日都撞到。
內文: 電荷

電荷(electric charge)嘅概念係成個電磁學嘅根基。喺大約公元前 6 世紀嘅古希臘嗰陣嘅數學家泰勒斯(Thales of Miletus)講咗話佢哋曉透過用動物嘅毛皮捽落去其他物質嗰度嚟產生電荷。啲古希臘人留意到帶電荷嘅琥珀可以吸引一啲輕嘅嘢,例如係頭髮,而且佢哋仲發現咗如果佢哋捽舊琥珀捽得夠耐,舊嘢仲曉產生火花-而呢個就係所謂嘅摩擦起電效應(triboelectric effect)[5]

將一大柞物體捽到起靜電之後,就會發現啲物體當中有啲會互相吸引,有啲會互相排斥。而且仲會有得將呢柞物體分做兩大組:同一組入面嘅物體都會互相排斥,而且冚唪唥都會同第組嗰啲物體吸引-即係話電荷有得分做兩種:就噉叫住佢哋做「正電荷」同「負電荷」。同性電荷會互相排斥,而異性會互相吸引,一件總體上唔帶電荷(通常係因為佢帶嘅正電荷同佢帶嘅負電荷相等)嘅物體就係所謂嘅中性。當兩舊帶好勁電荷而且唔同性嘅物體掂埋一齊或者擺得好近嗰陣,佢哋之間會產生一股突然嘅電流,呢個過程完咗之後兩舊物體就唔再帶電或者帶嘅電會變弱咗-即係話喺呢個過程途中電荷喺嗰兩舊物體之間郁動。呢個過程就係所謂嘅靜電放電(electrostatic discharge),如果牽涉喺一次靜電放電當中嘅電荷量夠勁,放電嘅過程嗰度仲會產生光同熱。

國際單位制嗰度,電荷嘅單位庫倫(Coulomb),而有咗電荷呢個概念,就有得靠住牛頓力學嘅延伸嚟分析各種嘅電磁現象。

庫侖定律

內文: 庫侖定律

庫侖定律(Coulomb's law)係描述帶靜電粒子之間嘅靜電力嘅一條物理定律。佢用標量式嚟表達(即係淨係諗啲物理量嘅數值唔諗佢哋嘅方向)嘅話係噉樣嘅:

喺呢條式入面, 係兩粒粒子會感受到嘅力; 係庫侖常數,呢個常數嘅數值大約係 &表達錯: 未預料嘅 / 運算符表達錯: 未預料嘅 / 運算符表達錯: 未預料嘅 / 運算符表達錯: 未預料嘅 / 運算符表達錯: 未預料嘅 / 運算符表達錯: 未預料嘅 / 運算符表達錯: 未預料嘅 / 運算符表達錯: 未預料嘅 / 運算符表達錯: 未預料嘅 / 運算符表達錯: 未預料嘅 / 運算符表達錯: 未預料嘅 / 運算符表達錯: 未預料嘅 / 運算符表達錯: 未預料嘅 / 運算符表達錯: 未預料嘅 / 運算符表達錯: 未預料嘅 / 運算符-1.0000008.999 N m2 C−2 係兩粒粒子分別帶嘅靜電量(要有正負號嚟表示佢哋係邊個性);而 就係兩粒粒子之間嘅距離。如果兩粒嘢一粒帶正電一粒帶負電,乘出嚟個數會係負數-所以如果 係負數就表示股力係股吸引力,而如果佢係正數就表示股力係排斥力。呢條定律可以用扭力天秤(torsion balance)嘅實驗嚟驗證[6]。庫侖定律表達咗兩粒帶電粒子之間嘅力-無論係吸引力定係排斥力-喺數值上係同嗰兩粒粒子帶嘅電荷量成正比,並且同佢哋之間嘅距離平方反比嘅。

庫侖定律寫做考慮埋方向嘅向量式嘅話就係:

係嗰兩粒帶電粒子嘅位置,前者係施力嗰粒嘅位置,而後者係受力嗰粒嘅位置,佢哋相減就表達咗由 位移(有關位移呢啲基礎概念嘅詳情,可以睇牛頓力學)。 係沿住由 嗰個方向嘅單位向量。

電場

將一個粒子 產生嘅電場抽象化嘅圖;圖入面嗰啲線(電場線)表達咗股電場產生嘅力嘅方向。一粒帶電粒子 要喺呢個電場入面郁就要作功-即係話會有能量俾 釋放或者吸收。
內文: 電場

電場(electric field)係圍住電荷嘅力場[1][5]。當有粒帶電粒子喺某個空間入面存在嗰陣,根據庫侖定律,佢會對佢周圍嘅帶電粒子施力-即係產生咗一股力場。「某粒帶電粒子 所產生嘅電場」(符號係「」)喺物理學上嘅定義係「每單位電荷喺呢個電場入面會因為嗰粒粒子而受到嘅力」,即係話:

(電場嘅定義);代 落去嘅話就會變成

電壓

內文: 電壓

當有兩舊帶電嘅嘢喺一個空間入面存在嗰陣,佢哋實會喺對方身上施靜電力。噉嘅話,如果要對抗一股電場(即係分開異性嘅帶電粒子或者拉近同性嘅帶電粒子),就一定要施一啲外力落去個系統嗰度-即係要作啲(work done)嚟去俾能量佢哋。兩個點之間嘅電勢差(electric potential difference)喺定義上係指「將一個單位嘅電荷由個電場入面嘅一個點移去第個點嗰度,而粒電荷唔加速,所釋放或者吸收嘅能量」,即係話,齋睇數值嘅話: