CH21庫侖定律

電荷 electric charge

正電荷

負電荷

原子(Atom):『原子核』+『電子』

a) 原子核:『質子』+『中子』
-> 質子:帶正電(PS:質子帶的電量 與 電子帶的電量相同!)
-> 中子:不帶電
b) 電子:帶負電

           

導體 Conductors

金屬、會導電

絕緣體 non-conductors = insulators

不會導電的介質~~

Q:空氣會導電??A:看電壓大小、空氣濕度...

半導體 semi-conductors

四價元素,矽Si、鍺Ge

超導體 super-conductors

1911年荷蘭的科學家昂內斯(Heike Kamerlingh Onnes)用液態氦冷卻汞(水銀),發現當溫度下降到4.2K時,水銀的電阻完全消失,稱此現象為超導電性,此溫度為臨界溫度。


相同電荷互相排斥,相反電荷互相吸引。

(1) 兩正電荷,互相排斥

(2) 兩負電荷,互相排斥

(3) 一正一負電荷,互相吸引


感應起電

(方法一)

a)AB兩金屬球接觸,感應棒靠近金屬球A但不碰觸。

b)將AB金屬球分開。

c)移開感應棒,AB金屬球得到等量且極性相反的電荷。

(方法二)

a)感應棒接近金屬球。

b)金屬球另一端接地,移除一部份電荷。

c)移除接地端。

d)移開感應棒,金屬球得到均勻分佈電荷


庫侖定律(Coulomb’s Law)

Electrostatic force

Latex formula

電荷 C 單位:Coulomb(庫侖)

Latex formula

Latex formula

Latex formula

Latex formula:permittivity constant 介電係數)


線型疊加原理(Principle of linear superposition):

Latex formula

上式是針對兩個電荷之間的作用,但如果空間中有許多的電荷,其中一個電荷所受的所有電力的總和,是該電荷與其他所有電荷的庫侖力的向量總和,這個性質稱為線型疊加原理

Latex formula

Latex formula:Force on A due to B。因為 B,施加在 A 的力。

Latex formula


導體(conductor)與絕緣體(insulator):

(a)導體上的淨電荷,會快速的均勻分佈在表面。

對於一個球型導體,如果一個額外電子被放在金屬球殼上,那個額外電子會很快被均勻分佈在球殼表面。

一個金屬物體被傳導上電荷之後,因同性電荷之間的排斥力,使得電荷會重新排列,直到穩定為止,這種重新排列達到穩定所需的時間被稱為弛豫時間(relaxation time),大約為 Latex formula 秒。

(b)絕緣體的淨電荷則是局部凝聚在某些區域。


電荷量子化:

Latex formulaLatex formula

e:基本電荷elementary charge

Latex formula

電子或質子有相同帶電量。

夸克(Quark)是構成質子與中子的基本粒子,其帶電量為 Latex formula或是 Latex formula,但是無法單獨被偵測到,因此我們不把其帶電量當成基本電荷。

當一個物理量,就像電子,只能有離散的值,而不是任意值,我們稱此物理量是量子化


電荷守恆(Conservation of charge)

孤立系統,總電荷數維持一定。

化學反應式:

Latex formula

Latex formula

放射性衰變:

Latex formula

Latex formula


電磁力比重力大很多~~

(a) What is the magnitude of the repulsive electrostatic force between two of the protons that are separated by Latex formula?
相隔 Latex formula 的兩個質子之間的排斥靜電力的大小是多少?

(b) What is the magnitude of the gravitational force between those same two protons?
兩個質子之間的引力有多大?

Latex formula

Latex formula

Latex formula

Latex formula

SOL:

(a) Latex formula

(b) Latex formula