热力学、电学与磁学/电荷

电荷存在两种形式：正电荷和负电荷。电荷的一般规律是“异性相吸，同性相斥”——换句话说，相同符号的电荷相互排斥，而不同符号的电荷相互吸引。电荷的 SI 单位是库仑 (C)；1 库仑是 1 安培 (A) 的稳恒电流在一秒钟 (s) 内传输的电荷量。

各种材料在电场作用下的行为通常与其电子从组成原子/分子中脱离并穿过材料的难易程度有关。能够很好地导电的材料称为“导体”，而不能导电的材料称为“绝缘体”。金属通常是良好的导体，而许多非金属是绝缘体。

电子带 -e 的电荷，而质子带 +e 的电荷，其中 $e=1.602*10^{-19}C$ 。

物质中的电荷通常以e的倍数量子化。给定相互作用之前的净电荷与该相互作用之后的净电荷相同，因此电荷是守恒的。

库仑定律解释说，点电荷 q₂ 对另一个点电荷 q₁ 的电场力或库仑力，该电荷与 q₂ 相距 r_{1 2}，由 ${F}_{12}={1 \over 4\pi \varepsilon _{0}}{q_{1}q_{2} \over r_{12}^{2}}{\hat {r}}_{12}\$ 给出，其中 $1 \over 4\pi \varepsilon _{0}$ 设置了电荷单位。

叠加原理——它指出对于所有线性系统，由两个或多个激励在给定位置和时间引起的净响应是每个激励单独引起的响应的总和——适用于存在多个电荷的情况。点电荷 q 由于所有其他电荷而受到的电场力矢量叠加。对于连续的电荷分布，此叠加通过积分完成；此类分布对点电荷 q 的力取决于特定的电荷分布。

对于沿直线分布的电荷，点电荷 q 由于分布而受到的力是 ${F}={q \over 4\pi \varepsilon _{0}}\int {{\hat {r}}'}{{\lambda (x)dx} \over {r'}^{2}}\$，其中 $\lambda$ 是线电荷密度。

对于分布在表面上的电荷，点电荷 q 由于分布而受到的力是 ${F}={q \over 4\pi \varepsilon _{0}}\int _{surface}{{\hat {r}}'}{{\sigma (x)dx} \over {r'}^{2}}\$，其中 $\sigma$ 是面电荷密度。

对于分布在体积中的电荷，点电荷 q 由于分布而受到的力是 ${F}={q \over 4\pi \varepsilon _{0}}\int _{volume}{{\hat {r}}'}{{\rho (x)dx} \over {r'}^{2}}\$，其中 $\rho$ 是体电荷密度。

电场力通常比万有引力强得多，除了在天文尺度上。这些力决定了原子、分子、固体和液体的稳定性。电相互作用也是所有化学反应和生物过程的原因。

外部链接

• 第 21 章参考资料及资源，摘自 Fishbane、Gasiorowicz 和 Thornton 合著的《科学家和工程师的物理学》（含现代物理学），第 3 版。