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点电荷

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点电荷的定义

点电荷是带电体的一种理想模型。如果在研究的问题中,带电体的形状 、大小以及电荷分布可以忽略不计 ,即可将它看作是一个几何点,则这样的带电体就是点电荷。

点电荷示意图

一个实际的带电体能否看作点电荷,不仅和带电体本身有关,还取决于问题的性质和精度的要求。

与质点、刚体等概念一样,点电荷是实际带电体的抽象和近似,它是建立具有普遍意义的基本规律的不可或缺的理想模型,又是把复杂多样的实际问题转化或分解为基本问题时必不可少的分析手段。

我们对某个物体进行受力分析的时候,都是将其想象为一个质量集中的点,探究外界物体对其相互作用。同样,我们在探究某个物体所受到的电场力(或磁场力)的时候,也非常有必要将物体抽象为一个“点”来分析。

例如,库仑定律、洛伦兹力公式的建立,带电体产生的电场以及带电体之间相互作用的定量研究,试验电荷的引入等等,都离不开点电荷 。

实际的带电体(包括电子、质子等)都有一定大小,都不是点电荷.当电荷间距离大到可认为电荷大小、形状不起什么作用时,可把电荷看成点电荷。

点电荷

点电荷未必电量很小

点电荷决不像有些人认为的那样,一定是一个带有很少电量的带电体。

点电荷可以是电量很小,也可以是电量很大。另外,正像力学中可以把任何物体看作质点的集合一样,任何带电体都可以看作是点电荷的集合。

由此,若相互作用的不是点电荷而是有限大带电体,则原则上总可将带电体看成是由无限个点电荷元所组成的连续点电荷系,然后再利用适用点电荷相互作用规律的库仑定律,通过求和或积分求出两带电体之间的相互作用力。在中学物理中,如果未特别指出带电体的形状、大小,则为简便起见,一般都把此带电体当作点电荷来处理。

作为一种特殊情况,有时带电体的大小虽然在研究问题中不能忽略,但带电体形状比较规则,具有对称性,以至电荷分布也具有对称性。这时,带电体对外所显的电特性往往跟一个等效点电荷的电特性相同。于是,我们也可以把此带电体等效成一个点电荷来处理。

譬如,一个有限大均匀带电的球体,它在球外各点的电场和电势与一个与其带等量电荷,位置在其球心的点电荷所产生的电场一模一样。正因为如此,在求球外任一点的电特性或求两带电球体的相互作用力时,我们才把它们均看作是电量全部集中在球心的点电荷。

事实证明,这样处理问题既简捷又可靠。

点电荷是一个相对的概念

就字面上理解,“点电荷”就是带电体,是一个没有大小和形状的几何点。而电荷又全部集中在这几何点上。事实上,任何带电体都有其大小和形状,真正的点电荷是不存在的,它像力学中的“质点”概念一样,纯属一个理想化模型。不过,当我们在研究带电体间的相互作用时,如果带电体本身的几何线度比起它们之间的距离小得很多,那么,带电体的形状、大小和电荷分布对带电体之间的相互作用的影响就可以忽略不计。在此情况下,我们仍可以把带电体抽象成点电荷模型。也只有这样,“电荷之间的距离”这一概念本身才有完全确定的意义。

故从此角度看,点电荷又是一个相对性概念。

参考文献

库仑定律http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/437673.html

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