基本粒子3｜什么是电场？阴极射线在电场下的偏转 _加那利群岛

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上节课我们说了，汤姆逊对阴极射线研究的基本方法，就是给阴极射线施加电场和磁场，通过研究阴极射线在电场力和磁场力的作用下所发生的偏转，最后算出阴极射线的速度和荷质比。
这里面又涉及到了两个重要的基础知识，电场和电场力，磁场和磁场力，今天我们就先说第一个，人类对电力的研究历史，以及电场到底是啥东西？
其实在上节课结束的时候，我都可以直接告诉大家汤姆逊的测量结果，那发现电子这件事就算结束了。
但是，我觉得作为一个系列的科普，普及一些基础知识还是相当必要的，不然的话很多东西一句带过，最后大家还是听不懂。
就像在大部分的科普书中，关于电子的发现都是一句带过，说汤姆逊给阴极射线加了电场和磁场，最后测出和荷质比，发现了电子，获得了诺贝尔奖，我看了以后也是一脸懵，不了解其中的细节，感觉很痛苦。
好，我们闲话就不多说了，开始今天的正题。
在第一篇文章中，我们说了人类对电现象的发现和研究历史，知道了电有同性相斥和异性相吸的性质，那么接下来我们就需要对电之间的排斥力和吸引力做定量的研究，也就是用数学方法把它们之间的力描述出来。
其实对电力的研究没有啥好说的，因为电力的方程完全是照葫芦画瓢，画出来的，这个葫芦就是牛顿的万有引力公式。
引力正比于两个物体的质量，反比于它们之间的距离，这个关系非常符合人们的直觉，质量大，引力大，距离远、引力小，所以人们就猜测电力可能也是这样的。
它也与距离的平方成反比，与粒子所携带的电荷成正比。可以看出，电力方程和引力方程体现了物理学的对称之美。
这么重要的一个公式，完全就是猜出来的，其实的话，猜测也是一种科学方法，只要符合实验结果就行了。当年普朗克的黑体辐射公式也是凑出来的，薛定谔的波动方程也有很大的猜测成分。
那么对电力方程第一次最有说服力的实验是在1785年的时候，由法国人库仑做出来的，它的实验装置跟当年亨利·可文迪许测量引力常数的扭秤很像，也就是我们现在在图中看到的样子，通过这个装置，库仑确定了电力方程的准确性。
所以电力方程就是，粒子1作用于粒子2的电力=Ke×粒子1的电荷×粒子2的电荷/粒子1和粒子2的距离^2
其中Ke是静电常数，它的值取决于力、电荷和距离所采用的单位，只能通过实验测量出来，跟万有引力中的G一样。
如果电荷单位采用库仑，力的单位采用牛顿，距离单位采用米的话，那么静电常数的值就是8.99×10^9牛·米2/库2
我们现在在看一下静电力方程，也叫库仑定律，可以看出一个粒子所受到的静电力永远正比于它自身所携带的电荷。所以我们可以直接把方程中的K（Q?/r2）看成一个整体，这个整体就是个比例系数，麦克斯韦称它为电场强度。
可以看出，电场强度取决于产生电场的物体所携带的电荷，以及受作用物体和它之间的距离，但是和受作用物质的电荷以及性质没有关系。
那么引入电场强度一开始只是为计算方便，我们可以把库仑定律写成这样的形式，作用在一个带电体上的电力=物体的电荷×电场强度。
根据上面这个公式，我们也可以看出，电场强度的单位是牛顿/库仑，意思就是单位电荷所受的力，由于力是一个矢量，所以电场强度它也有方向。
在前面的文章中我们说过，带正电荷的粒子，它所产生的电场方向是从自身一直向外，带负电荷物体所产生的电场方向是从物体外指向自身。

基本粒子3｜什么是电场？阴极射线在电场下的偏转

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