|
放置在空間中的帶電體會(huì)在空間中激發(fā)電場(chǎng)，帶電體之間的相互作用通過(guò)這個(gè)電場(chǎng)傳遞。 
庫(kù)侖定律是靜電學(xué)的基本定律。原則上說(shuō)，庫(kù)侖定律加上靜電力疊加原理可以求解任意帶電體的靜電力問(wèn)題。然而，庫(kù)侖定律并沒(méi)有說(shuō)明電荷之間的相互作用是如何運(yùn)作的。 經(jīng)驗(yàn)告訴我們，兩個(gè)物體之間要進(jìn)行相互作用，就必須有相互接觸，我們把這種相互作用稱為接觸作用或近距作用。然而，像萬(wàn)有引力和靜電力這樣的力，進(jìn)行相互作用的兩個(gè)物體并沒(méi)有相互接觸，它們之間的力是怎樣傳遞的呢？在電磁理論發(fā)展的初期，有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，電荷之間的力是一種超距作用力，超距作用的觀點(diǎn)最先體現(xiàn)在牛頓的萬(wàn)有引力理論中。根據(jù)超距作用的觀點(diǎn)，相隔一定距離的兩個(gè)物體的相互作用既不需要介質(zhì)傳遞，也不需要傳遞時(shí)間。后來(lái)，法拉第在大量實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上提出了以近距作用觀點(diǎn)為基礎(chǔ)的力線和場(chǎng)的概念。在這個(gè)基礎(chǔ)上，麥克斯韋建立了完整的電磁理論。根據(jù)電磁理論，光是某個(gè)頻率范圍內(nèi)的電磁波。于是人們?cè)O(shè)想，電磁波是一種被稱為 “以太” 的東西的擾動(dòng)在傳播，電磁力也通過(guò)以太傳遞。以太是亞里士多德為了填充宇宙中的虛空而假想的一種物質(zhì)，人們?cè)?jīng)認(rèn)為，光是以太的擾動(dòng)在傳播。然而，后來(lái)的實(shí)驗(yàn)卻顯示，根本就不存在 “以太” 這種東西。盡管以太的觀念在實(shí)驗(yàn)事實(shí)面前遭到了滅頂之災(zāi)，但是場(chǎng)的概念卻保留了下來(lái)。今天，場(chǎng)的概念已經(jīng)成為現(xiàn)代物理學(xué)中最重要的基本概念之一。按照現(xiàn)代物理學(xué)的觀點(diǎn)，物體之間的相互作用是通過(guò)場(chǎng)以有限的速率傳遞的。場(chǎng)是實(shí)在世界的基本存在形式，它具有能量、動(dòng)量和質(zhì)量等普通的有形物質(zhì)所具有的基本屬性，還具有波動(dòng)性和疊加性等有形物質(zhì)所沒(méi)有的基本屬性。實(shí)在世界的實(shí)物存在形式與場(chǎng)存在形式之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。實(shí)物場(chǎng)源可以激發(fā)相應(yīng)的場(chǎng)，實(shí)物與實(shí)物之間的相互作用表現(xiàn)為相應(yīng)的場(chǎng)之間的相互作用；由實(shí)物激發(fā)的場(chǎng)可以脫離場(chǎng)源獨(dú)立存在，這是場(chǎng)的獨(dú)立性；實(shí)物形式的物質(zhì)在一定的條件下可以轉(zhuǎn)化為場(chǎng)的存在形式；獨(dú)立存在的場(chǎng)在一定的條件下也可以轉(zhuǎn)化為實(shí)物形式的物質(zhì)?，F(xiàn)代粒子物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)成果完全證實(shí)了現(xiàn)代場(chǎng)論關(guān)于實(shí)物與場(chǎng)之間的這些關(guān)系。在討論帶電體之間的相互作用問(wèn)題時(shí)，以上觀念就表現(xiàn)為：帶電體之間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)傳遞的。有電荷的空間就有電場(chǎng)，用物理學(xué)的術(shù)語(yǔ)講就是，電荷在空間中激發(fā)電場(chǎng)。一個(gè)電荷所激發(fā)的電場(chǎng)對(duì)處于其中的任何別的電荷都有作用力，稱之為電場(chǎng)力。考慮一個(gè)相對(duì)于觀測(cè)者靜止的點(diǎn)電荷和一個(gè)同樣是靜止的試驗(yàn)電荷的相互作用。由庫(kù)侖定律可知，試驗(yàn)電荷所受的靜電力與其電量之比是一個(gè)與試驗(yàn)電荷本身無(wú)關(guān)的量，它反映了我們考慮的那個(gè)點(diǎn)電荷所激發(fā)的電場(chǎng)本身的特性，我們把這個(gè)特性稱為該點(diǎn)電荷所激發(fā)的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度。于是，一個(gè)點(diǎn)電荷所激發(fā)的電場(chǎng)在空間中任意一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度就可以被定義為：其中 是試驗(yàn)電荷的電量，單位矢量從所考慮的點(diǎn)電荷指向空間中被研究的場(chǎng)點(diǎn)，我們?cè)劝言囼?yàn)電荷放在這個(gè)點(diǎn)上以測(cè)試該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度， 是所考慮的點(diǎn)電荷到該點(diǎn)的距離。
由于我們所考慮的點(diǎn)電荷是靜止不動(dòng)的，空間中任意一點(diǎn)到該點(diǎn)電荷的方向和距離不隨時(shí)間改變。因此，從電場(chǎng)的表達(dá)式可以得出，這個(gè)點(diǎn)電荷激發(fā)的電場(chǎng)在空間中任意一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度也不隨時(shí)間改變。我們把具有這種性質(zhì)的電場(chǎng)稱為靜電場(chǎng)，在不引起誤會(huì)的情況下，習(xí)慣上把靜電場(chǎng)就簡(jiǎn)稱為電場(chǎng)。可以把點(diǎn)電荷激發(fā)的電場(chǎng)的這個(gè)定義推廣到更一般的情況：當(dāng)空間中存在一個(gè)電場(chǎng)時(shí)，這個(gè)電場(chǎng)在空間中任意一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度正比于放置在該點(diǎn)上的試驗(yàn)電荷所受的靜電力： 前面已經(jīng)講到，電荷的存在必定會(huì)在空間中激發(fā)電場(chǎng)，試驗(yàn)電荷也不例外。因此，在利用電場(chǎng)強(qiáng)度的這個(gè)定義測(cè)量空間中的電場(chǎng)時(shí)，必須確保試驗(yàn)電荷的電量足夠小，以致它所激發(fā)的電場(chǎng)不會(huì)明顯地干擾原先的電場(chǎng)；還要確保試驗(yàn)電荷的線度足夠小，使得測(cè)量所得到的量確實(shí)是空間中的一個(gè) “點(diǎn)” 上的電場(chǎng)。把電場(chǎng)強(qiáng)度的這個(gè)定義應(yīng)用到點(diǎn)電荷組，由靜電力的疊加原理可以得到這個(gè)點(diǎn)電荷組所激發(fā)的電場(chǎng)在空間中任意一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度：這個(gè)結(jié)論被稱為場(chǎng)強(qiáng)的疊加原理。在這個(gè)表達(dá)式中，下標(biāo)字母 用來(lái)標(biāo)記所考慮的點(diǎn)電荷組的各個(gè)點(diǎn)電荷， 是第 個(gè)點(diǎn)電荷所激發(fā)的電場(chǎng)在空間中任意一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度， 是第 個(gè)點(diǎn)電荷到所研究的點(diǎn)的距離， 從第 個(gè)點(diǎn)電荷指向這個(gè)點(diǎn)，求和符號(hào)表示對(duì)所考慮的點(diǎn)電荷組的各個(gè)點(diǎn)電荷實(shí)施求和。
|
