電學(xué)的基本定義及其發(fā)展
電學(xué)研究的內(nèi)容主要包括靜電、靜磁、電磁場(chǎng)、電路、電磁效應(yīng)和電磁測(cè)量。下面是百分網(wǎng)小編給大家整理的電學(xué)的簡(jiǎn)介，希望能幫到大家!
電學(xué)的基本定義
電學(xué)是物理學(xué)的分支學(xué)科之一。主要研究“電”的形成及其應(yīng)用。 “電”一詞在西方是從希臘文琥珀一詞轉(zhuǎn)意而來(lái)的，在中國(guó)則是從雷閃現(xiàn)象中引出來(lái)的。
自從18世紀(jì)中葉以來(lái)，對(duì)電的研究逐漸蓬勃開(kāi)展。它的每項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)都引起廣泛的實(shí)用研究，從而促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展。 現(xiàn)今，無(wú)論人類(lèi)生活、科學(xué)技術(shù)活動(dòng)以及物質(zhì)生產(chǎn)活動(dòng)都已離不開(kāi)電。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，某些帶有專(zhuān)門(mén)知識(shí)的研究?jī)?nèi)容逐漸獨(dú)立，形成專(zhuān)門(mén)的學(xué)科，如電子學(xué)、電工學(xué)等。電學(xué)又可稱(chēng)為電磁學(xué)，是物理學(xué)中頗具重要意義的基礎(chǔ)學(xué)科。
電學(xué)的發(fā)展
電學(xué)作為經(jīng)典物理學(xué)的一個(gè)分支，就其基本原理而言，已發(fā)展得相當(dāng)完善，它可用來(lái)說(shuō)明宏觀領(lǐng)域內(nèi)的各種電磁現(xiàn)象。
20世紀(jì)，隨著原子物理學(xué)、原子核物理學(xué)和粒子物理學(xué)的發(fā)展，人類(lèi)的認(rèn)識(shí)深入到微觀領(lǐng)域，在帶電粒子與電磁場(chǎng)的相互作用問(wèn)題上，經(jīng)典電磁理論遇到困難。雖然經(jīng)典理論曾給出一些有用的結(jié)果，但是許多現(xiàn)象都是經(jīng)典理論不能說(shuō)明的。經(jīng)典理論的局限性在于對(duì)帶電粒子的描述忽略了其波動(dòng)性方面，而對(duì)于電磁波的描述又忽略了其粒子性方面。
按照量子物理的觀點(diǎn)，無(wú)論是物質(zhì)粒子或電磁場(chǎng)都既有粒子性，又具有波動(dòng)性。在微觀物理研究的推動(dòng)下，經(jīng)典電磁理論發(fā)展為量子電磁理論。
電學(xué)的基本內(nèi)容
電學(xué)研究的內(nèi)容主要包括靜電、靜磁、電磁場(chǎng)、電路、電磁效應(yīng)和電磁測(cè)量。
靜電學(xué)
是研究靜止電荷產(chǎn)生電場(chǎng)及電場(chǎng)對(duì)電荷作用規(guī)律的學(xué)科。電荷只有兩種，稱(chēng)為正電和負(fù)電。同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。電荷遵從電荷守恒定律。電荷可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，任何物理過(guò)程中電荷的代數(shù)和保持不變。所謂帶電，不過(guò)是正負(fù)電荷的分離或轉(zhuǎn)移;所謂電荷消失，不過(guò)是正負(fù)電荷的中和。
靜止電荷之間相互作用力符合庫(kù)侖定律：在真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間作用力的大小與它們的電荷量的乘積成正比，與它們之間的距離的平方成反比;作用力的方向沿著它們之間的聯(lián)線，同號(hào)電荷相斥，異號(hào)電荷相吸。
電荷之間相互作用力是通過(guò)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)相互作用的。電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)用電場(chǎng)強(qiáng)度(簡(jiǎn)稱(chēng)場(chǎng)強(qiáng))來(lái)描述�？臻g某一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度用正的單位試探電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力來(lái)定義，電場(chǎng)強(qiáng)度遵從場(chǎng)強(qiáng)疊加原理。
通常的物質(zhì)，按其導(dǎo)電性能的不同可分兩種情況：導(dǎo)體和絕緣體。導(dǎo)體體內(nèi)存在可運(yùn)動(dòng)的自由電荷;絕緣體又稱(chēng)為電介質(zhì)，體內(nèi)只有束縛電荷。
在電場(chǎng)的作用下，導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷將產(chǎn)生移動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)體的成分和溫度均勻時(shí)，達(dá)到靜電平衡的條件是導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度處處等于零。根據(jù)這一條件，可導(dǎo)出導(dǎo)體靜電平衡的若干性質(zhì)。
靜磁學(xué)
是研究電流穩(wěn)恒時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)以及磁場(chǎng)對(duì)電流作用力的學(xué)科。
電荷的定向流動(dòng)形成電流。電流之間存在磁的相互作用，這種磁相互作用是通過(guò)磁場(chǎng)傳遞的，即電流在其周?chē)目臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)對(duì)放置其中的電流施以作用力。電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)用磁感應(yīng)強(qiáng)度描述。
電磁場(chǎng)
是研究隨時(shí)間變化下的電磁現(xiàn)象和規(guī)律的.學(xué)科。
當(dāng)穿過(guò)閉導(dǎo)體線圈的磁通量發(fā)生變化時(shí)，線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流的方向可由楞次定律確定。閉合線圈中的感應(yīng)電流是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)推動(dòng)的結(jié)果，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)遵從法拉第定律：閉合線圈上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小總是與穿過(guò)線圈的磁通量的時(shí)間變化率成正比。
麥克斯韋方程組描述了電磁場(chǎng)普遍遵從的規(guī)律。它同物質(zhì)的介質(zhì)方程、洛侖茲力公式以及電荷守恒定律結(jié)合起來(lái)，原則上可以解決各種宏觀電動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。
根據(jù)麥克斯韋方程組導(dǎo)出的一個(gè)重要結(jié)果是存在電磁波，變化的電磁場(chǎng)以電磁波的形式傳播，電磁波在真空中的傳播速度等于光速。這也說(shuō)明光也是電磁波的一種，因此光的波動(dòng)理論納入了電磁理論的范疇。
電路
直流電路由導(dǎo)體(或?qū)Ь�)連結(jié)而成，導(dǎo)體有一定的電阻。穩(wěn)恒條件下電流不隨時(shí)間變化，電場(chǎng)亦不隨時(shí)間變化。
根據(jù)穩(wěn)恒時(shí)電場(chǎng)的性質(zhì)、導(dǎo)電基本規(guī)律和電動(dòng)勢(shì)概念，可導(dǎo)出直流電路的各個(gè)實(shí)用定律：歐姆定律、基爾霍夫電路定律，以及一些解決復(fù)雜電路的有效而簡(jiǎn)便的定理：等效電源定理、疊加定理、倒易定理、對(duì)偶定理等，這些實(shí)用定律和定理構(gòu)成電路計(jì)算的理論基礎(chǔ)。
交流電路比直流電路復(fù)雜得多，電流隨時(shí)間的變化引起空間電場(chǎng)和磁場(chǎng)的變化，因此存在電磁感應(yīng)和位移電流，存在電磁波。
熱電效應(yīng)
物質(zhì)中的電效應(yīng)是電學(xué)與其他物理學(xué)科(甚至非物理的學(xué)科)之間聯(lián)系的紐帶。物質(zhì)中的電效應(yīng)種類(lèi)繁多，有許多已成為或正逐漸發(fā)展為專(zhuān)門(mén)的研究領(lǐng)域。比如：
電致伸縮、壓電效應(yīng)(機(jī)械壓力在電介質(zhì)晶體上產(chǎn)生的電性和電極性)和逆壓電效應(yīng)、塞貝克效應(yīng)、珀耳帖效應(yīng)(兩種不同金屬或半導(dǎo)體接頭處，當(dāng)電流沿某個(gè)方向通過(guò)時(shí)放出熱量，而電流反向時(shí)則吸收熱量)、湯姆孫效應(yīng)(一金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體中維持溫度梯度，當(dāng)電流沿某方向通過(guò)時(shí)放出熱量，而電流反向時(shí)則吸收熱量)、熱敏電阻(半導(dǎo)體材料中電阻隨溫度靈敏變化)、光敏電阻(半導(dǎo)體材料中電阻隨光照靈敏變化)、光生伏打效應(yīng)(半導(dǎo)體材料因光照產(chǎn)生電位差)，等等。
對(duì)于各種電效應(yīng)的研究有助于了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)以及物質(zhì)中發(fā)生的基本過(guò)程，此外在技術(shù)上，它們也是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和非電量電測(cè)法的基礎(chǔ)。
電磁測(cè)量
也是電學(xué)的組成部分。測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與學(xué)科的理論發(fā)展有著密切的聯(lián)系，理論的發(fā)展推動(dòng)了測(cè)量技術(shù)的改進(jìn);測(cè)量技術(shù)的改善在新的基礎(chǔ)上驗(yàn)證理論，并促成新理論的發(fā)現(xiàn)。
電磁測(cè)量包括所有電磁學(xué)量的測(cè)量，以及有關(guān)的其他量(交流電的頻率、相角等)的測(cè)量。利用電磁學(xué)原理已經(jīng)設(shè)計(jì)制作出各種專(zhuān)用儀表(安培計(jì)，伏特計(jì)、歐姆計(jì)、磁場(chǎng)計(jì)等)和測(cè)量電路，它們可滿(mǎn)足對(duì)各種電磁學(xué)量的測(cè)量。
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