電學的基本定義及其發展

電學研究的內容主要包括靜電、靜磁、電磁場、電路、電磁效應和電磁測量。下面是本站小編給大家整理的電學的簡介，希望能幫到大家!

　　電學的基本定義

電學是物理學的分支學科之一。主要研究“電”的形成及其應用。 “電”一詞在西方是從希臘文琥珀一詞轉意而來的，在中國則是從雷閃現象中引出來的。

自從18世紀中葉以來，對電的研究逐漸蓬勃開展。它的每項重大發現都引起廣泛的實用研究，從而促進科學技術的飛速發展。現今，無論人類生活、科學技術活動以及物質生產活動都已離不開電。隨着科學技術的發展，某些帶有專門知識的研究內容逐漸獨立，形成專門的學科，如電子學、電工學等。電學又可稱為電磁學，是物理學中頗具重要意義的基礎學科。

　　電學的發展

電學作為經典物理學的一個分支，就其基本原理而言，已發展得相當完善，它可用來説明宏觀領域內的各種電磁現象。

20世紀，隨着原子物理學、原子核物理學和粒子物理學的發展，人類的認識深入到微觀領域，在帶電粒子與電磁場的相互作用問題上，經典電磁理論遇到困難。雖然經典理論曾給出一些有用的結果，但是許多現象都是經典理論不能説明的。經典理論的侷限性在於對帶電粒子的描述忽略了其波動性方面，而對於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，無論是物質粒子或電磁場都既有粒子性，又具有波動性。在微觀物理研究的推動下，經典電磁理論發展為量子電磁理論。

　　電學的基本內容

電學研究的內容主要包括靜電、靜磁、電磁場、電路、電磁效應和電磁測量。

靜電學

是研究靜止電荷產生電場及電場對電荷作用規律的學科。電荷只有兩種，稱為正電和負電。同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。電荷遵從電荷守恆定律。電荷可以從一個物體轉移到另一個物體，任何物理過程中電荷的代數和保持不變。所謂帶電，不過是正負電荷的分離或轉移;所謂電荷消失，不過是正負電荷的中和。

靜止電荷之間相互作用力符合庫侖定律：在真空中兩個靜止點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;作用力的方向沿着它們之間的聯線，同號電荷相斥，異號電荷相吸。

電荷之間相互作用力是通過電荷產生的電場相互作用的。電荷產生的電場用電場強度(簡稱場強)來描述。空間某一點的電場強度用正的單位試探電荷在該點所受的電場力來定義，電場強度遵從場強疊加原理。

通常的物質，按其導電性能的不同可分兩種情況：導體和絕緣體。導體體內存在可運動的自由電荷;絕緣體又稱為電介質，體內只有束縛電荷。

在電場的作用下，導體內的自由電荷將產生移動。當導體的成分和温度均勻時，達到靜電平衡的條件是導體內部的電場強度處處等於零。根據這一條件，可導出導體靜電平衡的若干性質。

靜磁學

是研究電流穩恆時產生磁場以及磁場對電流作用力的學科。

電荷的定向流動形成電流。電流之間存在磁的相互作用，這種磁相互作用是通過磁場傳遞的，即電流在其周圍的空間產生磁場，磁場對放置其中的電流施以作用力。電流產生的磁場用磁感應強度描述。

電磁場

是研究隨時間變化下的電磁現象和規律的學科。

當穿過閉導體線圈的磁通量發生變化時，線圈上產生感應電流。感應電流的方向可由楞次定律確定。閉合線圈中的感應電流是感應電動勢推動的結果，感應電動勢遵從法拉第定律：閉合線圈上的感應電動勢的大小總是與穿過線圈的磁通量的時間變化率成正比。

麥克斯韋方程組描述了電磁場普遍遵從的規律。它同物質的介質方程、洛侖茲力公式以及電荷守恆定律結合起來，原則上可以解決各種宏觀電動力學問題。

根據麥克斯韋方程組導出的一個重要結果是存在電磁波，變化的電磁場以電磁波的形式傳播，電磁波在真空中的傳播速度等於光速。這也説明光也是電磁波的一種，因此光的波動理論納入了電磁理論的範疇。

電路

直流電路由導體(或導線)連結而成，導體有一定的電阻。穩恆條件下電流不隨時間變化，電場亦不隨時間變化。

根據穩恆時電場的性質、導電基本規律和電動勢概念，可導出直流電路的各個實用定律：歐姆定律、基爾霍夫電路定律，以及一些解決複雜電路的有效而簡便的定理：等效電源定理、疊加定理、倒易定理、對偶定理等，這些實用定律和定理構成電路計算的.理論基礎。

交流電路比直流電路複雜得多，電流隨時間的變化引起空間電場和磁場的變化，因此存在電磁感應和位移電流，存在電磁波。

熱電效應

物質中的電效應是電學與其他物理學科(甚至非物理的學科)之間聯繫的紐帶。物質中的電效應種類繁多，有許多已成為或正逐漸發展為專門的研究領域。比如：

電致伸縮、壓電效應(機械壓力在電介質晶體上產生的電性和電極性)和逆壓電效應、塞貝克效應、珀耳帖效應(兩種不同金屬或半導體接頭處，當電流沿某個方向通過時放出熱量，而電流反向時則吸收熱量)、湯姆孫效應(一金屬導體或半導體中維持温度梯度，當電流沿某方向通過時放出熱量，而電流反向時則吸收熱量)、熱敏電阻(半導體材料中電阻隨温度靈敏變化)、光敏電阻(半導體材料中電阻隨光照靈敏變化)、光生伏打效應(半導體材料因光照產生電位差)，等等。

對於各種電效應的研究有助於瞭解物質的結構以及物質中發生的基本過程，此外在技術上，它們也是實現能量轉換和非電量電測法的基礎。

電磁測量

也是電學的組成部分。測量技術的發展與學科的理論發展有着密切的聯繫，理論的發展推動了測量技術的改進;測量技術的改善在新的基礎上驗證理論，並促成新理論的發現。

電磁測量包括所有電磁學量的測量，以及有關的其他量(交流電的頻率、相角等)的測量。利用電磁學原理已經設計製作出各種專用儀表(安培計，伏特計、歐姆計、磁場計等)和測量電路，它們可滿足對各種電磁學量的測量。