13 绪论 器和激光器，量子电子学目前正在研究和发展单原子品体管甚至单电子器件， (3)物理电子学是电子学，近代物理学，光电子学、量子电子学，超导电子学 及相关技术的交叉学科，主要在电子工程和信息科学技术领域内进行基础和应 用研究：电拓展到电磁场与微波技术，电路与系统、信息与通信系统等相关学 科，如光波与光子技术，信息显示技术与器件、高速光纤通信与光纤网等。物理 电子学的另一个重要须城是高能粒子物理、核物理、等离子体物理、微光、天体 物理等物理基础与前沿学科中的信息探测与信息处理方法，其特点是时间快 信息量大，是发展大型科学装置中的一个重要的技术支撑学科 4 图0.9欧洲核子联合研究中心(CERN)强子对撞机(LHC)中的ATAS探测器 (4)真空电子学研究带电粒子在真空或气体中运动时与场和物质相互作用 的科学和技术。研究内容涉及相应的器件，仪器和设备，以及相关的原理、材料 和技术。带电粒子与电磁场的互作用，电子，离子与表面互作用，电子发射.气
电送学 DIANCIXUE 14 体放电和电子光学等方面的理论、是形成真空电子学的理论基础 图0.10太赫兹器件 电磁学是一门物理学的基础学科，她给人类带来的科技进步远远超出了原 初建立这门学科的物理学大师们的想集。电磁学也是伴随着人类对自然界的 认识而不断发展的学科，她正朝着人类对自然界认识的极限迈进
第1章电力与电场 美丽的闪电是人奏认识电的成力的开始■
电磁学 DIANCIXUE 16 1.1电力起源 1.1.1电现象研究简史 Electricity(电)这个字的起源来自希腊文的已ectron(虎珀)，西晋时期 《博物志中也有摩擦起电的记载，但是比起磁学来，静电现象的研究要困难得 多，因为一直没有找到恰当的方式产生稳定的静电来对静电进行测量，16世纪 是欧洲文艺复兴的鼎盛时期，科学开始萌芽，人们逐渐开始系统地从实验和理 论高度探索电和磁 英国人吉尔伯特(W.Gilbert,1544一1603)是最早研充电德现象的学者，他 认为摩擦后琥珀之间的作用力是不同于磁石之同的作用力的，并称前者为电 学，他采用验电针（即绕垂直轴极易转动的金属小针）来检验物体是否是电性 体，他把摩擦起电后的物体你为电性体。1660年德国人盖里克(O.Guericke 1602-1686)发明摩擦起电机，才有可能对电现象做详细观察和细致研究 1720年，格雷(S.Gray,1675-1736研究了电的传导现象，发现了导体与绝缘 体的区别。随后他又发现导体的静电感应观象，1733年，法国人杜菲(d山下ay, 1698-139)经过实验区分出两种电荷，他分别称之为松脂电（即负电）和玻璃 电（即正电），并由此总结出静电作用的基本特性：同性相斥，异性相吸。德国柏 林科学院院士爱皮务斯(F,U,T.Acpinus.1724-1802)1759年对电力做了研 究，他在书中假设电荷之间的斥力和吸力随带电物体的距离的减少而增大，于 是对静电感应现象做出了更完善的解释。不过·他并没有实际测量电荷间的作 用力，因而只是一种猜画。1760年，伯努利(D.Bcm0ui,1700一182)首先猜 测电力会不会也限万有引力一样，服从平方反比定律：他的想法显然有一定的 代表性，因为在牛顿万有引方定律中力就是与距离平方成反比的。 美国著名科学家富兰克林(B,下ranklin.1706一1790)进一步对放电现象进 行了研究。他发现了尖端放电，发明了避雷针，研究了雷电现象，从菜顿瓶的研 究中，提出了电荷守恒原理。富兰克林曾观察到放在金属杯中的软木小球完全 不受金属杯上电荷的影响，他把这现象告诉了英国学者普利斯特利（口.Priest 1y,1733-1804),普利斯特利重做了富兰克林提出的实验，他使空腔金属容器 带电，发现其内表面没有电荷，而且金属容器对放于其内部的电荷明显地没有
17 第1章电力与电场 作用力，普利斯特利在1767年的电学历史和现状及其原始实验》一书中写道： “难道我们就不可以得出这样的结论：电的吸引与万有引力服从同一定律，即距 高的平方反比，因为很容易证期，假如地球是一个球壳，在壳内的物体受到一边 的吸引作用，决不会大于另一边的吸引”。普利斯特利的这一结论不是凭空想 出来的，因为牛顿早在1687年就证明过，如果万有引力服从平方反比定律，则 均匀的物质球壳对壳内物休应无作用，但是，普利斯特利仅仅停留在猜测上， 而没有做深人一步的研究 著名的英国科学家卡文迪许(H.Cavendish.1731-1810)在1777年向英 国皇家学会的报告中，提出了与普利斯特利相同的推测，但是他的进一步研究 成果没有公开发表，直到他去世后很久，1879年才由著名的物理学家麦克斯韦 整理、注释出版了他生前的手稿，其中记述了平方反比定律。他还提出每个带电 体周围有“电气”，与电场理论很接近，他最早提出了“电势”的概念，并指出导棒 上的电势与通过的电流成正比等，这些对静电的发展起到了重要作用。由此可 见，在这个时期，人类逐步把电学的研究推进到定量的，精确的科学范畴，为电 学基本规律的发现览定了基础。 1.1.2摩擦起电 电学中最基本的概念是电荷。古代人们发现许多物质，如琥珀，玻璃棒、硬 橡胶棒等，经过毛皮或丝绸摩擦后，具有吸引轻小物体的性质（如图1.1所示） 便说这些物质带了电荷，任何物体本身都有电荷，只不过很多情况下它们所带 的正负电荷的数量相等 实验表明，用毛皮摩擦过的橡胶棒之间相互排斥；用丝绸摩擦过的玻璃棒 之间也相互排斥：但用毛皮摩擦过的橡胶棒与用丝绸摩擦过的玻璃棒之间则相 互吸引.如图1.2所示 橡胶棒 、橡胶棒 (b) 图11摩擦后的物体可以吸引小纸片 图1.2异种电荷相吸；同种电荷相斥