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线上百家乐:电磁学,充电科学以及与电荷相关的

时间:2018-10-12 21:50

来源:未知作者:admin点击:

线上百家乐  1905年阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论毫无疑问地证明了两者都是一个普遍现象的方面。然而,在实际水平上,电力和磁力的表现完全不同,并且由不同的方程描述。静电或运动时通过电荷产生电力。另一方面,磁力仅通过移动电荷产生,并且仅在运动中的电荷上起作用。
 
即使在中性物质中也会发生电现象,因为力作用于各个带电成分。特别是电力是原子和分子的大部分物理和化学性质的原因。与重力相比,它非常强大。例如,在两个相距两米(两码)的两个70公斤(154磅)人中,每十亿分子中只有一个电子不存在会以30,000吨的力排斥它们。在一个更熟悉的尺度上,电现象是伴随某些风暴的闪电和雷电的原因。
 
可以在称为电场和磁场的区域中检测电力和磁力。这些场是本质上的基础,并且可以存在于远离产生它们的电荷或电流的空间中。值得注意的是,电场可以产生磁场,反之亦然,与任何外部电荷无关。正如英国物理学家迈克尔·法拉第(Michael Faraday)在工作中发现的那样,不断变化的磁场会产生电场,从而形成电力发电的基础。相反,正如苏格兰物理学家James Clerk Maxwell所推断的那样,变化的电场会产生磁场。麦克斯韦制定的数学方程式将光和波现象结合到电磁学中。他表明,电场和磁场一起穿过太空作为电磁辐射波,随着变化的场相互维持。通过与物质无关的空间传播的电磁波的示例是无线电和电视波,微波,红外线,可见光,紫外线,X射线和伽马射线。所有这些波以相同的速度传播 - 即光速(大约300,000千米,或每秒186,000英里)。它们仅在电场和磁场振荡的频率上彼此不同。
 
麦克斯韦方程仍然提供完整和优雅的电磁学描述,但不包括亚原子尺度。然而,他的作品的解释在20世纪扩大了。爱因斯坦的狭义相对论将电场和磁场合并为一个共同的场,并将所有物质的速度限制在电磁辐射的速度。在20世纪60年代后期,物理学家发现自然界中的其他力量具有类似于电磁场的数学结构的场。这些其他力是强力,负责核聚变中释放的能量,以及在不稳定原子核的放射性衰变中观察到的弱力。特别是,弱电磁力和电磁力已经组合成称为电弱力的共同力。迄今为止,许多物理学家将所有基本力量(包括引力)统一到一个统一的大理论中的目标尚未实现。
 
电磁学的一个重要方面是电学科学,它涉及电荷聚集体的行为,包括物质内电荷的分布和电荷从一个地方到另一个地方的运动。根据电荷是否可以通过其组成物质自由移动,不同类型的材料被分类为导体或绝缘体。电流是电荷流量的量度;控制物质流动的规律在技术中很重要,特别是在能源的生产,分配和控制方面。
 
电压的概念,如电荷和电流的概念,是电力科学的基础。电压是衡量电荷从一个地方流向另一个地方的倾向;正电荷通常倾向于从高电压区域移动到较低电压区域。电力中的常见问题是确定在给定物理情况下电压与电流或电荷之间的关系。
 
本文旨在提供对电磁学的定性理解,以及对与电磁现象相关的量值的定量评估。

基本面
 
日常的现代生活充满了电磁现象。当灯泡打开时,电流流过灯泡中的细丝,电流将灯丝加热到发光的高温,照亮周围环境。电子钟和连接将这种简单的装置连接到复杂的系统中,例如交通灯,其与车辆流速一起定时和同步。无线电和电视机接收由以光速穿过空间的电磁波携带的信息。为了启动汽车,电动起动电动机中的电流产生磁场,使电动机轴旋转并驱动发动机活塞以压缩汽油和空气的爆炸性混合物;引发燃烧的火花是放电,其构成瞬时电流。
 
库仑定律
许多这些装置和现象都是复杂的,但它们源于相同的电磁学基本定律。其中最重要的一个是库仑定律,它描述了带电物体之间的电力。由18世纪法国物理学家查尔斯 - 奥古斯丁·库仑(Charles-Augustin de Coulomb)制定,它与引力的牛顿定律类似。重力和电力都随着物体之间的距离的平方而减小,并且两个力沿着它们之间的线作用。然而,在库仑定律中,电力的大小和符号由物体的电荷而不是质量决定。因此,电荷决定了电磁如何影响带电物体的运动。 (电荷是物质的基本属性。物质的每个成分都有一个电荷,其值可以是正,负或零。例如,电子带负电,原子核带正电。大多数物质具有等量的正电荷和负电荷,因此净电荷为零。)
 
根据Coulomb的说法,静止电荷的电力具有以下特性:
 
(1)同样的指控相互排斥,不像指控那样吸引人。因此,两个负电荷相互排斥,而正电荷吸引负电荷。
 
(2)吸引力或排斥力沿着两种指控之间的界线行动。
 
(3)力的大小与两个电荷之间的距离的平方成反比。因此,如果两个电荷之间的距离加倍,则吸引力或排斥力变弱,降低到原始值的四分之一。如果电荷接近10倍,则力的大小增加100倍。
 
(4)力的大小与每次充电的值成比例。用于测量电荷的单位是库仑(C)。如果有两个正电荷,一个是0.1库仑,另一个是0.2库仑,它们会以取决于产品0.2×0.1的力相互排斥。如果每项收费减少一半,则排斥量将减少到原值的四分之一。
 
静态粘附是库仑力的一个实际例子。在静态粘附中,由合成材料制成的服装收取电荷,特别是在干燥的冬季空气中。快速穿过头发的塑料或橡胶梳子也会变得带电,并会捡起一些纸屑。合成纤维和梳子是绝缘体;这些物体上的电荷不能轻易地从物体的一部分移动到另一部分。类似地,办公室复印机使用电力将墨水颗粒吸引到纸上。

电荷守恒原理
与库仑定律一样,电荷守恒原理是一种基本的自然法则。根据这个原则,孤立系统的电荷不能改变。如果在系统内出现额外的带正电粒子,则同时会产生具有相同大小负电荷的粒子;因此,保持了电荷守恒原理。在自然界中,当高能辐射与物质相互作用时,产生一对带相反电荷的粒子;电子和正电子在称为配对生产的过程中产生。
 
粒子可以具有的最小电荷量是一个质子的电荷,+ 1.602×10-19库仑。电子具有相同大小但相反符号的电荷,即-1.602×10-19库仑。普通手电筒电池提供的电流在耗尽之前提供大约5,000库仑的总电荷流,其对应于超过1022个电子。
 
电流是电荷流量的量度,例如,流过电线的电荷。电流大小以安培为单位,用i表示。安培电流表示每秒一个库仑的通过,或每秒62亿亿电子(6.2×1018个电子)。当它处于正电荷流动的方向时,电流是正的;它的方向与负电荷的流动方向相反。
电场和力量
然而,力和守恒定律只是电磁学的两个方面。电磁力是由电磁场引起的。术语字段表示空间的属性,因此字段数量在每个空间点具有数值。这些值也可能随时间变化。电场或磁场的值是矢量,即具有幅度和方向的量。例如,空间中的点处的电场值等于将在空间中的该位置处施加到单位电荷上的力。
 
每个带电物体在周围空间中建立电场。第二次充电“感觉”这个领域的存在。根据充电的迹象,第二次充电要么被吸引到初始充电,要么被排斥。当然,由于第二电荷也具有电场,所以第一电荷感觉到它的存在并且也被第二电荷吸引或排斥。
 
当电荷为正时,来自电荷的电场被引导远离电荷,而当电荷为负时,电荷被引向电荷。对于空间中的各种位置,来自静止电荷的电场如图1所示。箭头指向电场方向,箭头的长度表示箭头中点处的场强。
 
如果在电场中放置正电荷,它将感受到场的方向上的力。负电荷会在与场方向相反的方向上感受到力。


在计算中,直接处理电场通常比使用电荷更方便。通常,人们对该领域的了解比对太空中的电荷分布更多。例如,导体中的电荷分布通常是未知的,因为电荷在导体内自由移动。然而,在静态情况下,平衡导体中的电场具有一定的零值,因为导体内的电荷上的任何力都会重新分配它们直到场消失。电场的单位是每库仑牛顿,或每米伏特。
 
电势是另一个有用的领域。它为静电问题中的电场提供了替代方案。然而,潜力更容易使用,因为它是一个数字,一个标量,而不是一个矢量。两个地方之间的潜力差异衡量了收费从一个地方移动到另一个地方的程度。如果两个地方的电位相同(即,如果这些地方具有相同的电压),则不会影响电荷从一个地方移动到另一个地方。物体或空间某些点上的电位以伏特为单位测量;它等于单位电荷在该位置具有的静电能量。在典型的12伏汽车电池中,标有+号的电池端子的电位比标有-符号的端子的电位高12伏。当诸如汽车前灯的灯丝之类的电线连接在电池的+和 - 端子之间时,电荷作为电流在灯丝中移动并加热灯丝,并且热灯丝发光。

 

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