库仑定律
例8-2 设原子核中的两个质子相距4.0×10-15m,求此 两个质子之间的静电力. 解:两个质子之间的静电力是斥力,它的大小按库 仑定律计算为 19 2 1 q1q2 9 1.6 10 Fe 9.0 10 14 N 2 2 4 e0 r 4.0 10 15
库仑(Coulomb 1736-1806)
库仑不确定度
10
2
现在精度
10 16
库仑定律
库仑定律矢量式
• 1785年，法国库仑（C.A.Coulomb) • 适用于点电荷
q1q2 F12 k 3 r12 r12
叠加性
q2 q1
r01 r02
q0 qi F k 0 3 r i i r0 i
电荷的基本性质1

同性相斥；异性相吸。
既然电荷如此之小，我们刚才怎么会看见它的轨道呢？
高能电子束散射实验测出的质子和中子内的电荷分布图 ������ ������
电荷的基本性质2 电荷量子性
q ne
n 1,2,3,
• e=1.60210-19库仑，为电子电量
n可以为分数吗？？
密立根(Millikan,1868～1953)
1906-1917年，密立根用液滴 法首先从实验上证明了，微小 粒子带电量的变化不连续。 （荣获1923年诺贝尔奖）
夸克模型
六种夸克和所带的电荷
中子星与夸克星
课外参考资料：徐仁新，《天体物理导论》，北京大学出版社，2006
Lai Xiang-Jun, Liu Men-Quan, Liu Jing-Jing, LuoZhi-quan,


可见,在原子核内质子间的斥力是很大的。 质子 之所以能结合在一起组成原子核,是由于核内除了有这 种斥力外还存在着远比斥力为强的引力 _____核力的缘故。 上述两个例题,说明了原子核的结合力远大于原子的结 合力, 原子的结合力又远大于相同条件下的万有引力。
Fe FG 1.2 1036 倍
可见：电磁力在原子、分子结构中起决定性作用，这种 作用力远大于万有引力引起的作用力 。
万有引力与电磁力的比较
电磁力和万有引力的传播子
例：太阳的热量的主要来源是氢的聚变反应，即 4 H → 4He + 2 e+ +2 ue +g

问2.氢核聚变的库仑势垒定义为：一个氢核从无穷处打入另一个氢 核克服库仑力做的功。那么聚变的库仑势垒多大？
11 47
N
9.11 10 31 1.67 10 27
0.529 10
10 2
N
由此得静电力与万有引力的比值为
F e 2.26 10 39 F g
库仑定律
可见在原子中,电子和质子之间的静电力远 比万有引力大,由此,在处理电子和质子之间的相 互作用时,只需考虑静电力,万有引力可以略去不 计. 而在原子结合成分子,原子或分子组成液体 或固体时,它们的结合力在本质上也都属于电性 力.
1952年11月1日 第一颗氢弹: Mike 爆炸图像
课后思考题

大质量恒星H燃烧结束后会进行He燃烧，请估算 He燃烧的点火温度。
课后作业


1 按量子理论，在氢原子中，核外电子快速地 运动着，并以一定的概率出现在原子核（质子〕 的周围各处，在基态下，电子在半径ｒ＝ 0.529×10-10ｍ的球面附近出现的概率最大. 试计算在基态下,氢原子内电子和质子之间的静 电力和万有引力,并比较两者的大小.引力常数为 G=6.67×10-11N﹒m2/kg2． 2 设原子核中的两个质子相距4.0×10-15m, 求此两个质子之间的静电力.
解：库仑力大小
q1q2 9 109 (1.6 1019 ) 2 Fe 8.2 108 N 2 11 2 4e 0 r (5.3 10 ) 1
H
H
万有引力大小
m1m2 6.7 1011 (1.7 1027 ) 2 FG G 2 6.8 1044 N 11 2 r (5.3 10 )
他精心研究了法拉第的《电学的实验研究》，以法拉 第的力线概念为指导，透过这些似乎杂乱无章的实验记录， 运用场论的观点，以演绎法建立了系统的电磁场理论。于 1873年出版的《电学和磁学论》一书。这是一部可以同牛 顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《物种起源》和 赖尔的《地质学原理》相媲美的里程碑式的著作。 1879年11月3日，麦克斯韦逝世，时年49 岁，在他的 一生中共写了100多篇有价值的论文。 从出生地来说他属于爱丁堡，从功绩上来说他 属于全世界。 ——普朗克
库仑定律
4. 库仑定律
• 1785年，法国库仑（C.A.Coulomb) • 适用于点电荷
q1q2 F12 k 3 r12 r12
叠加性
q2 q1
r01 r02
库仑
q0 qi F k 0 3 r i i r0 i
q0
F1 F2
F
1747年，室温下 丝绸摩擦过的玻璃棒---- 正电荷 毛皮摩擦过的橡胶棒----负电荷
物理参数: 玻尔兹曼常数kB=1.38×10-23 J/K
解：
T Weff kB 1.0 1016 0.72107 K 1.3810 23
课外参考资料:
Liu Men-Quan, Zhang Jie，and Luo Zhi-Quan, Screening effect on electron capture in presupernova stars. A&A 2007 463(1) 261-264 张洁,刘门全, 魏丙涛, 罗志全， 强磁场中修正URCA过程的中微子产能率，物理学报2008，57 (09)：5448-5451 Zhang Jie, Liu Men-Quan, Luo Zhi-Quan. Effect of high magnetic field on beta+ decay in the crusts of accreting neutron star， Commun. Theor. Phys.，2007, 47(4): 765-768.
1.电荷库仑定律
点电荷
可以简化为点电荷的条件:
Q1
r
d
d << r
观察点 P
库仑定律：在真空中，两个静止点电荷之间相互
作用力与这两个点电荷的电荷量q1和q2的乘积成正 比，而与这两个点电荷之间的距离r12（或r21）的 平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的 连线，同号相斥，异号相吸。
MAXWELL（1831-1879）简介
麦克斯韦1831年6月出生于英国爱丁 堡，他的父亲是一位律师，但对研究科学 问题有强烈爱好，这对麦克斯韦的一生有 深刻影响。 麦克斯韦10岁进入爱丁堡中学， 14岁在中学时期就发表 了第一篇科学论文《论卵形曲线的机械画法》，反映了他在几 何和代数方面的丰富知识。16岁进入爱丁堡大学学习物理，三 年后，他转学到剑桥大学三一学院。在剑桥学习时，打下了扎 实的数学基础，为他以后把数学分析和实验研究紧密结合创造 了条件。
物理参数:氢核电量q=1.6×10-19C, 氢核半径r0=1.5fm=1.5×10-15m
解：
W dW
r0
1 q2 1 q2 Fe dr dr r 4e r 2 4e 0 r0 0
0
9 109 (1.6 1019 ) 2 1.0 1013 J 1.5 1015
电荷守恒定律不仅适用于宏观，也适用于微观过程( 例如核反应和 基本粒子过程 )，是物理学中普遍的基本定律之一。
----------中国科技大学 叶邦角《电磁学》
电荷的基本性质4

电荷相对论不变性
大型强子对撞机 （Large Hadron Collider，LHC ） 粒子能量 E~1013eV
对星系M87的观测
库仑定律
例1 按量子理论，在氢原子中，核外电子快速地运动 着，并以一定的概率出现在原子核（质子〕的周围各 处，在基态下，电子在半径 ｒ＝ 0.529×10-10ｍ 的球面 附近出现的概率最大.试计算在基态下,氢原子内电子和 质子之间的静电力和万有引力,并比较两者的大小.引力 常数为G=6.67×10-11N﹒m2/kg2．
不准确！！
电荷的基本性质3
1.正负电子的湮灭
2.黑洞的Hawking辐射 北京师范大学 赵峥 《黑洞的热性质与时空奇异性》
电荷的基本性质3

电荷守恒定律
表述：对于一个系统，如果没有净电荷出入其边界， 则该系统的正负电荷的代数和将保持不变。
q0
F1 F2
F
2.库仑定律
库仑定律的成立条件
真空 静止 点电荷
例1：太阳的热量的主要来源是氢的聚变反应，即 4 H → 4He + 2 e+ +2 ue +g

问1.当两个氢核相距5.3×10-11m时，求此两粒子间的库仑力和万有 引力各为多大？
物理参数:氢核质量 mH=1.7×10-27kg, 万有引力常数G=6.7×10-11N· 2kg-2， m 介电常数e08.85×10-12C2· -1· -2 N m
西华师范大学物理与电子信息学院
电磁学
讲课教师：张 洁
学习心得

确立奋斗目标

树立自信心
低调做人 高调做事

如何学好电磁学

请跟我走 变化在个人

电磁学发展简史



人类早期：摩擦生电、雷电、天然磁石的指向 对电磁现象的系统研究始于16世纪 19世纪中期，描述电场、磁场的性质以及电、磁 场相互关系的库仑定律、高斯定律、安培定律、 法拉第电磁感应定律已相继建立，法拉第关于力 线和场的概念已经提出。 1847-1853年间，W.汤姆逊提出了铁磁质内磁场 强度H和磁感应强度B的定义并且于1851年提出了 《磁的数学理论》。 1865年，麦克斯韦创立电磁场理论