電磁力 電荷或磁極間之作用力，和相對速度有關

吳至原 ph120

助教: 高華憶 ph116 02- 29053558

靜電學 (Electrostatics) 電力與電場

電力線與高斯定律 電位能與電位

基本作用力：

重力（萬有引力, the gravitational force）、

電磁力(the electromagnetic force)、

弱作用力(the weak nuclear force)、

強作用力(the strong nuclear force)

電磁力與弱作用力可以用統一理論架構描述，即弱電作用理論 (electroweak force)，

統一: ⇒ 馬克斯威爾將電力與磁力用電磁理論作描述。

基本作用力之特性：

重力(萬有引力)

物體間之引力大小，和作用物體之質量乘積成正比，和距離平方成反比。

電磁力

電荷或磁極間之作用力，和相對速度有關。在靜止時之靜電交互作用，和兩 物體所帶之電荷乘積成正比，和距離平方成反比。

電荷分為兩種（定義為正電和負電），同性電相斥，異性電相吸。

日常生活中所碰到的現象及力的作用，多數是電磁作用的結果，例如化學反 應、生命現象、摩擦力和張力等等。

重力與電磁力均是長程力(long-range force)，若核力只能作用在核子之範圍 的稱為短程力(short-range force)。

弱作用力和原子核之衰變（例如β-decay，即自發的放出電子）有關，大小 約較電磁力弱10¹²倍，較重力強1025倍。

強作用力

將原子核中之帶電質子緊密的結合在一起，克服強大電磁力的作用力。

其作用範圍很小，但在作用之範圍內強度很大。距離在10^-15m時（即原子核 的大小）時，強作用力的強度約比電磁力大兩個數量級；但距離在10^-14m 時，其強度幾乎可以完全忽略。

電磁學發展

中國:

– Documents suggest that magnetism was observed as early as 2000 BC (博物志—玳瑁)

• 希臘

– 琥珀摩擦起電&Fe₃O₄具磁性 --700 BC

• 十六世紀，吉伯特（William Gilbert），第一位對電磁進 行有系統研究的人，把磁石磨成球狀，然後把一個小磁針 放在磁球上，發現磁針會轉動。最後他提出電與磁是不相 關的看法，

• 一七四五年，位荷蘭萊頓大學教授馬森布洛克（Petrus van Musschenbrock, ），他發明了「萊頓瓶（Leyden Jar）」，

實際上就是一個普通的電容器，是人類第一個儲電裝置。

一七五二年富蘭克林(美國)與兒子做了舉世聞名的電風箏實 驗，證明了天上的電與摩擦出來的電是一樣的。發明了避雷 針。

（據說此後有多位科學家為了重複他的實驗，都不幸被電 死。）

用萊頓瓶做實驗發現了正電和負電

一七八五年庫倫（Charles Augustus Coulomb）他用自己設計製 造的靈敏扭秤，證實了同性電荷間的斥力與它們之間的距離具 有平方反比關係，並把電荷間作用力的關係稱為「庫倫定

律」。 Fe~1/r2

伏特（Alessandro Volta, 1745-1827）

製成了能產生持續電流的電源，並稱它是「人造發電器」。這 就是最早的電池

電與磁的關係

一八二○年奧斯特（H.C. Oersted）證明電流的磁效應。

將通電導線與磁針平行排列，磁針會擺動他證明了電與磁 之間是有關係的，揭開了電磁學的序幕。後來人們為了紀 念他，就把磁場強度的單位以「奧斯特」命名。

安培（Andre Marie Ampere）做了許多實驗，描述兩電流元 之間的相互作用和兩電流元的大小、距離以及方向之間的 關係。----「安培定律」。

「磁能產生電」嗎？

一八三一年米契爾．法拉第(Michael Faraday)

把一塊磁鐵放入金屬線圈中時，會使電流流入線圈，拿出 磁鐵時，電流則反方向流動。這一現象肯定了一個事實，

電流不能無中生有，必須作功才能產生，於是他發現了電 磁感應現象，

法拉第提出一種全新的概念和物理圖像，「力線」及

「場」，

一八六二年馬克斯威爾（James Clerk Maxwell）。寫下了 著名的「馬克斯威爾方程式」得出了新的結論：電場變化 時，也會感應出磁場，「預言」「電磁波」。

一八八六～一八八八年間、電磁波被德國物理學家赫茲

（Heinrich R. Hertz）證實。

一八八六～一八八八年間，做了一系列的實驗，證明電磁 波的存在，

發現它與光有相同的速度，同時有反射、折射等現象，而 且對電磁波的波長、頻率做了定量的測定。此外，他也同 時發展出電磁波發射、接收的方法，可以稱得上是無線通 訊的始祖。