熱力學、電學與磁學/電荷

電荷存在兩種形式：正電荷和負電荷。電荷的一般規律是“異性相吸，同性相斥”——換句話說，相同符號的電荷相互排斥，而不同符號的電荷相互吸引。電荷的 SI 單位是庫侖 (C)；1 庫侖是 1 安培 (A) 的穩恆電流在一秒鐘 (s) 內傳輸的電荷量。

各種材料在電場作用下的行為通常與其電子從組成原子/分子中脫離並穿過材料的難易程度有關。能夠很好地導電的材料稱為“導體”，而不能導電的材料稱為“絕緣體”。金屬通常是良好的導體，而許多非金屬是絕緣體。

電子帶 -e 的電荷，而質子帶 +e 的電荷，其中 $e=1.602*10^{-19}C$ 。

物質中的電荷通常以e的倍數量子化。給定相互作用之前的淨電荷與該相互作用之後的淨電荷相同，因此電荷是守恆的。

庫侖定律解釋說，點電荷 q₂ 對另一個點電荷 q₁ 的電場力或庫侖力，該電荷與 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}\$ 給出，其中 $1 \over 4\pi \varepsilon _{0}$ 設定了電荷單位。

疊加原理——它指出對於所有線性系統，由兩個或多個激勵在給定位置和時間引起的淨響應是每個激勵單獨引起的響應的總和——適用於存在多個電荷的情況。點電荷 q 由於所有其他電荷而受到的電場力向量疊加。對於連續的電荷分佈，此疊加透過積分完成；此類分佈對點電荷 q 的力取決於特定的電荷分佈。

對於沿直線分佈的電荷，點電荷 q 由於分佈而受到的力是 ${F}={q \over 4\pi \varepsilon _{0}}\int {{\hat {r}}'}{{\lambda (x)dx} \over {r'}^{2}}\$，其中 $\lambda$ 是線電荷密度。

對於分佈在表面上的電荷，點電荷 q 由於分佈而受到的力是 ${F}={q \over 4\pi \varepsilon _{0}}\int _{surface}{{\hat {r}}'}{{\sigma (x)dx} \over {r'}^{2}}\$，其中 $\sigma$ 是面電荷密度。

對於分佈在體積中的電荷，點電荷 q 由於分佈而受到的力是 ${F}={q \over 4\pi \varepsilon _{0}}\int _{volume}{{\hat {r}}'}{{\rho (x)dx} \over {r'}^{2}}\$，其中 $\rho$ 是體電荷密度。

電場力通常比萬有引力強得多，除了在天文尺度上。這些力決定了原子、分子、固體和液體的穩定性。電相互作用也是所有化學反應和生物過程的原因。

外部連結

• 第 21 章參考資料及資源，摘自 Fishbane、Gasiorowicz 和 Thornton 合著的《科學家和工程師的物理學》（含現代物理學），第 3 版。