物理概念 定律 定理7.docx
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物理概念定律定理7
物理概念定律定理7
(1)热平衡方程是量热学中的一个基本定律。
方程只适用于绝热系统(和外界不发生热交换的系统)内的热交换过程,也就是说必须满足下述两个条件:
整个热交换过程无热转变为功和功转变为热的问题;整个热交换过程无热量损失。
(2)在分析热交换的过程中可能出现的几种情况,按放热和吸热两类列表如下:
放热(Q放)
吸热(Q吸)
物体由于温度降低而放热
物体由于温度升高而吸热
Q放=c·m·△t
Q吸=c·m·△t
物体在凝固过程中放热
物体在熔解过程中吸热
Q放=Lf·m
Q吸=Lf·m
物体在液化过程中放热
物体在汽化过程中吸热
Q放=LV·m
Q吸=LV·m
燃料燃烧时放热
Q放=qm
表中m为物体的质量,c为比热,△t温度差,Lf为熔解热,LV为汽化热和q为燃料燃烧值。
饱和汽
单位时间内跑出液体的分子数等于单位时间内返回液体的分子数时,这种与液体保持动态平衡的蒸汽叫做饱和蒸汽(饱和汽)。
说明:
(1)在密闭容器内,随着蒸发过程的进行,容器内蒸汽的密度不断增大,返回液体的分子数也不断增多,当单位时间内从液体里逸出的分子数和返回液体的分子数相等时,液面上方汽的密度不再变化。
但是,由液体里逸出和由汽返回液体里的分子的运动仍然在不断地进行,只是汽和液体间达到了动态平衡。
(2)在一定温度下,单位时间内返回液体的分子数,只决定于蒸汽的密度,因此,当两相达到平衡时,蒸汽的密度具有恒定的值,这就使得饱和蒸汽压(饱和汽的压强)与蒸汽所占的体积无关,也和该体积中有无其他气体没有关系。
(3)如果温度不变,容器内饱和汽的密度就保持不变。
这时如果增大饱和汽的体积,汽的密度一定减小,饱和汽成了未饱和汽,容器内的液体又开始蒸发直到汽达到饱和,汽的密度又恢复原状。
反之,如果减小饱和汽的体积,汽的密度一定随着增大,要恢复原状,就有一部分饱和汽转化为液体。
总之,有液体存在时,只要液体和汽的温度保持不变,无论饱和汽的体积增加或减少,饱和汽的压强并不改变。
也就是说,一定液体的饱和汽压的大小只和它的温度有关,和它的体积无关。
饱和汽与一般的气体性质不同,它的压强、体积和温度的相互关系并不遵循理想气体三条实验定律。
过饱和蒸汽
在一定温度下,超过饱和蒸汽应有的密度而仍不液化或凝华的蒸汽(参见凝华)。
说明:
(1)过饱和蒸汽的密度对应于较高温度时的饱和蒸汽的密度,而前者的温度低于后者的温度,所以过饱和蒸汽也叫做“过冷蒸汽”。
(2)处于过饱和状态的过饱和蒸汽并不稳定,如果受到扰动或出现蒸汽凝结时的依附物,如尘埃、带电粒子,就会部分液化或凝华而回到饱和状态。
(3)自然界出现过冷蒸汽的现象是经常能见到的。
高空中的水蒸气有时处于过冷状态而并不凝聚成云。
喷气式飞机飞过时,喷出的微粒提供了凝聚的条件,于是在晴空中拖出长长的云带。
云室
根据蒸汽的凝结理论和过饱和现象而制成的仪器。
说明:
(1)威尔逊于1912年根据过冷蒸汽是一种不稳定状态(亚稳态)的性质制成云室。
它的原理是在云室内制成过饱和蒸汽。
当放射性物质发射的高能带电粒子经过时,蒸汽分子发生电离,过饱和蒸汽以这些离子为凝结中心而凝结成液滴。
在云室中这些液滴就形成一条很窄的云带。
用强光从侧面照射,就可以直接看到这种径迹。
(2)云室可用来探测微观粒子的运动径迹。
未饱和汽
还没有达到饱和程度的蒸汽叫做未饱和蒸汽,简称未饱和汽。
说明:
(1)液体在汽化时,它的分子不断从液体中飞出,形成蒸汽,但由于分子的热运动,也有些分子要从蒸汽中返回液体。
在一定的温度下,如果单位时间内返回液体的分子数小于飞出的分子数,蒸汽的密度还可以继续增加,在宏观上表现出蒸发继续进行,这时的蒸汽就是未饱和汽。
(2)未饱和汽与一般气体一样,近似地遵循气体的三个实验定律。
(3)未饱和汽变成饱和汽有两种方法:
增加压强(或减小体积);降低温度。
增加压强使汽的密度增加,从而增加单位时间内返回液体的分子数。
降低温度可以降低液体分子的平均动能,从而减少单位时间内飞出液体的分子数。
因此,不论用上述那种方法,都可能使液体和蒸汽达到动态平衡,使它变成饱和汽。
反之,把饱和汽变成未饱和汽也有两种方法:
降低压强(或增大体积);升高温度。
绝对湿度
空气中所含水蒸气的压强或单位体积空气中所含水蒸气的质量。
说明:
(1)根据空气的绝对湿度的两种定义,它们的单位分别用毫米水银柱高和1立方米空气中所含水蒸气的克数来表示。
(2)空气的干湿程度和单位体积的空气里所含水蒸气的量有关。
当温度一定时,一定体积的空气中,水蒸气密度愈大,蒸汽压也愈大,所以通常采用空气里所含水蒸气的压强来表示绝对湿度。
(3)湿度是表示空气里干湿程度的物理量。
除了绝对湿度外,空气的湿度还有多种表示方法,如相对湿度和露点。
相对湿度
空气中所含水蒸气密度和同温度下饱和水蒸气密度的百分比值。
说明:
(1)相对湿度表示空气中的水蒸气离开饱和的程度。
(2)在温度相同时,水蒸气的密度和压强成正比。
由此,空气的相对湿度也可定义成:
在某一温度时,空气的绝对湿度(即实际水蒸气压强)跟在同一温度下的饱和水蒸气压强的百分比值。
露点
空气里所含的实际(未饱和)水蒸气的压强等于某饱和汽压强时的温度。
说明:
(1)人们常常通过测定露点来确定空气的绝对湿度和相对湿度,所以露点也是空气湿度的一种表示方式。
(2)气温和露点接近,此时的相对湿度百分比值大,人们感觉气候潮湿;气温和露点差值大,此时的相对湿度百分比值小,人们感觉干燥。
人体感到适中的相对湿度是60~70%。
(3)露点的测定,对农业生产尤显重要。
由于空气的温度下降到露点时,空气中的水蒸气就凝结成露。
如果露点在0℃以下,那么气温下降到露点时,水蒸气就凝结成霜。
知道了露点,可以预报是否发生霜冻。
临界状态
物质的饱和汽的密度等于它的液体的密度时,物质所处的状态。
说明:
(1)在临界状态,液体具有最大的比容。
物质必须在一定的温度和压强下才能达到临界状态,临界状态的体积称作临界体积,因而一定质量液体的体积,最大不能超过临界体积。
(2)物质在临界状态的压强叫做临界压强,临界压强是饱和蒸汽压的最高限度。
(3)在临界状态,液体及其饱和蒸汽间的一切差别都消失(如汽化热等于零),气、液之间的分界面也不存在。
临界温度
物质处于临界状态的温度。
说明:
(1)每种物质的临界状态都是确定的,包括临界温度,临界压强和临界比容。
不同物质的临界温度是不同的。
(2)在临界温度以上,无论怎样增大压强,气体物质均不会液化。
(3)在一个玻璃管内封入适量的液态乙醚,加热使其温度升高,当达到临界温度时,液面就消失了。
需要指出的是,从实验中观察到的现象不是液面逐渐下降,液态乙醚逐渐汽化,以至最后全部汽化,而是当液面还很高时,液面就逐渐模糊进而消失。
这是因为在临界状态,液体与饱和蒸汽的比容相等,两者之间的一切差别都消失。
(4)可以把临界温度以上的气态物质叫做气体,而把临界温度以下的气态物质叫做汽。
升华
固态物质不经过液态阶段,直接蒸发变成气态的过程。
单位质量的固态物质升华时所吸收的热量叫做升华热。
说明:
(1)在压强比三相点压强低时,加热固体,就能使固体直接转变成气体。
(2)升华时分子直接由固体点阵粒子转变成气体分子,一方面要克服粒子间的结合引力作功,另一方面还要克服外界的压强作功。
升华热等于熔解热与汽化热之和。
(3)在升华情况下,和固体平衡的蒸汽压强即为固体上方的饱和蒸汽压。
(4)升华时需要吸收大量热量,因此升华可用来致冷。
干冰的熔点为-78℃,它是一种在食品工业和科学研究中广泛使用的致冷剂。
凝华
气态物质(蒸汽)不经过液态阶段而直接凝结成固态的过程。
单位质量的气态物质凝华时所放出的热量叫做凝华热。
说明:
(1)在相同的热学状态下,同种物质的升华热等于凝华热。
(2)人工降雨的一种方法是在不降水的冷云中撒布干冰。
实际过程是,干冰一进入云体,很快升华,升华时吸收大量的热,使周围空气的温度急剧下降,从而使云中的水汽凝华成冰晶。
当冰晶增大到一定大小后下降,接近地层时遇到较暖的空气层后,便化成雨降落到地面。
燃料燃烧值
单位质量的燃料完全燃烧所放出的热量。
说明:
在国际单位制中,燃烧值的单位是焦耳/千克。
常用的单位还有卡/克,千卡/千克。
表面张力
液体与气体相接触处的表面,犹如一紧张的有弹性的薄膜,有收缩的趋势。
若在液体表面上想象画一根线,则该线两侧的液面相互存在着拉力的作用。
这个位于液面内、处处与此线垂直的拉力称为表面张力。
说明:
(1)从分子的角度看,液体的表面并不是一个几何面,而是有一定厚度的薄层,它的厚度等于分子引力的有效作用距离s(s为分子作用球半径)。
薄层中的分子与液体内部分子相比,缺少了一些能吸引它的分子(右图斜线部分)。
因此,由引力所引起的负势能少了一些,也就是说,与液体内部分子相比,分子的势能高了一些。
如果液体的表面增大时,表面层的势能就要增大。
由于势能总有减少的倾向,表面就有收缩的趋势,这反映表面层存在如上图所示的表面张力。
(2)从分子间相互作用力的角度来看,液体内部的分子虽然受到周围分子的作用力,但由于周围分子的分布是对称的,这些作用力是各向同性的,其合力为零。
由上图所示,表面层中的分子缺少了画斜线部分分子的引力,于是表面层中分子受到的力各向异性,这些力的合力不能相互抵消,这就形成了表面张力。
润湿现象
液体和固体接触时,它们的接触面趋于扩大,且相互附着的现象。
说明:
(1)不同种分子间的相互吸引力叫做附着力,同种分子间的相互吸引力叫做内聚力。
润湿现象是由固、液分子间的相互吸引力(附着力)大于液、液分子间的相互吸引力(内聚力)决定的。
(2)在附着力大于内聚力的情况下,分子受到的合力垂直于附着层指向固体。
这时,分子在附着层内比在液体内部具有的势能小,液体分子要尽量挤入附着层,结果使附着层扩展。
不润湿现象
液体和固体接触时,它们的接触面趋于缩小,且相互不能附着的现象。
说明:
(1)润湿和不润湿现象是液体和固体接触处的表面现象。
(2)不润湿现象是由固、液分子间的相互吸引力(附着力)小于液、液分子间的相互吸引力(内聚力)决定的。
(3)在内聚力大于附着力的情况下,分子受到的合力垂直于附着层指向液体内部。
这时,要将一个分子从液体内部移到附着层,必须反抗合力作功,结果使附着层中势能增大。
由于势能总有减小的倾向,附着层就有缩小的趋势,液体不能润湿固体。
(4)液体能不能润湿固体,决定于它们两者的性质,而不单纯由液体单方面的性质决定。
同一种液体,对不同的固体,可能是润湿的,也可能是不润湿的。
(5)润湿和不润湿现象在工业上有重要应用。
例如,根据矿粒子与某种液体不润湿,而砂石与该种液体润湿的性质,利用浮洗法可将矿粒与砂石分离开。
具体过程:
在浮洗矿石时,把矿物细末与一定的液体混成泥浆。
然后加一定量的酸使之与砂石反应生成气泡。
再利用矿粒与液体不润湿,矿粒与气泡相接触时,就粘附在气泡上而被气泡带到表面。
砂石因与液体润湿仍留在槽底。
这样就把矿粒与砂石分离开。
毛细现象
润湿管壁的液体在细管里升高,而不润湿管壁的液体在细管里降低的现象。
说明:
(1)把细玻璃管插入水中,由于水能润湿玻璃,水接触玻璃的表面层(附着层)的面积有扩大趋势,于是靠近玻璃壁处的水面呈向上弯的形状。
把水装在玻璃管内,靠近玻璃壁处的液面也呈上弯的形状,如图(a)所示。
把细玻璃管插入水银,由于水银不润湿玻璃,水银接触玻璃的表面层(附着层)的面积有缩小趋势,于是靠近玻璃壁处的水银面呈向下弯的形状。
把水银装在玻璃管内,靠近玻璃壁处的液面也呈下弯的形状,如图(b)所示。
(2)如下页图所示,毛细管的半径是r,液体(水)的表面张力系数为α,玻璃壁作用于液面的力为2πrα。
液面上升的高度为h。
如果液体的密度为ρ,则液柱的重(竖直向下的重力)为πr2hρg,这里g为重力加速度。
根据两力平衡,得2πrα=πr2hρg,由此可得毛细管中液面上升的高度
不润湿情况,液体下降,下降的高度可按类似方法计算。
(3)日常生活中见到的毛巾或纸张吸水,地下水沿土壤上升等现象都是毛细现象。
天气干旱时,播种后常常把地面压紧,使土壤颗粒构成很好的毛细管,水分便沿管上升到地面,从而浸润种子。
冬天把土地耕松,主要目的之一就是破坏土壤的毛细管,水分就不易上升至地面,以减小蒸发。
热力学第零定律
若两个热力学系统中的每一个都和第三个热力学系统处于热平衡,则它们彼此也必定处于热平衡。
说明:
(1)热力学第零定律为建立温度概念提供了实验基础。
它反映处在同一热平衡状态的所有热力学系统都具有共同的宏观特征。
定义这个决定系统热平衡的宏观性质为温度。
(2)一切互为热平衡的物体都具有相同的温度,这是用温度计测量温度的依据。
测量时使温度计与待测系统接触,经过一段时间,当它们达到热平衡后,温度计的温度就等于待测系统的温度。
(3)热力学第零定律表明制造温度计是可能的。
热力学第一定律
自然界一切物质都具有能量,能量有各种不同的形式,能够从一种形式转化为另一种形式,从一个物体传递给另一个物体,在转化和传递中能量的数量保持不变,也叫做能量守恒定律。
说明:
(1)在系统状态变化过程中,它的能量(内能)的增加等于在这个过程中外界对系统所做的功和外界传递给系统的热量的总和。
这是热力学第一定律的一种表述方法,用数学公式可表示为
△U=Q+W,
式中△U为正值时,表示系统的内能增加;Q为正值时,表示外界对系统传热;W为正值时,表示外界对系统作功。
(2)外界传递给系统的热量等于系统内能的增加和系统对外界所作的功的总和。
这是热力学第一定律的另一种表示方法,用数学公式可表示为
Q=△U+A,
式中△U与Q的意义与
(1)中相同;但A为正值时,表示系统对外界作功。
于是A的正、负与W恰好相反,即A=-W。
(3)在绝热过程中Q=0,于是△U=W。
这就是说,系统内能的增加△U等于外界对系统作的功W(绝热功)。
在非绝热过程中,系统内能的增加△U与外界对系统作的绝热功W的差值异于零。
根据热力学第一定律△U-W=Q,Q称作热量,这给热量Q下了一个完全与热质说无关的科学定义。
(4)热力学第一定律说明能量是守恒的,永动机永远不可能制造成功。
热机的效率
转变为有用的机械功的热量跟燃料燃烧时放出的热量的比值。
说明:
(1)凡是能够利用燃料燃烧时放出的能量来做机械功的机器叫做热机。
(2)热机在工作过程中,发热器(高温热源)里的燃料燃烧时放出的热量只有一部分被工作物质(工质)所吸收。
燃料的燃烧效率
热机的工作物质从发热器所得到的那部分热量Q1也只有一部分转变为机械功,其余部分热量Q2随工作物质排出,传给冷凝器(低温热源)。
热机的热效率
热机的机械效率ηm是指推动机轴做功的热量Q3和热机工作过程中转变为机械功的热量(Q1-Q2)的比值,即
如果用η方表示热机的效率,则
热力学第二定律和卡诺定理主要讨论热机的热效率ηt的问题。
但要提高整个热机的效率,除了提高ηt的值外,对于ηc和ηm的问题也不能忽视。
热力学第二定律
热力学第二定律有两种表述方法。
开尔文表述:
不可能从单一热源吸取热量,使之完全转变为机械功而不产生其他影响。
克劳修斯表述:
不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
说明:
(1)开尔文表述和克劳修斯表述是等效的。
(2)人们曾设想制造一种能从单一热源吸取热量,使之完全变成有用的机械功而不产生其他影响的永动机,它并不违反热力学第一定律,但违反热力学第二定律,因而是不可能的。
(3)热力学第二定律说明“热量不可能全部转化为机械功”。
熵
热力学系统的状态函数,用符号S表示,状态B与状态A的熵之差为
δQ表示在从状态A变到状态B的过程中,系统从温度为T的热源吸取的热量。
说明:
(1)熵的定义和热能的定义类似,只能得到熵的差值。
在许多实际问题中,为了方便,可选取某一状态的熵为零,这一状态叫做参考态,则其他状态的熵就完全确定了。
(2)热力学第二定律也可表述为:
在孤立系统内发生可逆过程时,系统的熵保持不变;在孤立系统内发生不可逆过程时,系统的熵增加。
(3)从分子运动论和统计力学的观点看来,熵的增加表示系统从概率小的状态向概率大的状态演变,也就是从比较有规则、有秩序的状态向更无规则、更无秩序的状态演变。
卡诺循环
由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组成的理想循环。
说明:
(1)卡诺循环中,工作物质只需与两个温度恒定的热源相接触,从这一点来讲,它是最简单的循环过程。
(2)在两个热源间工作的可逆循环只能是卡诺循环。
由于交换热量是可逆的,要求工作物质与热源有无限接近的温度,则工作物质从高温热源(其温度是T1)吸热必须是在温度为T1的等温过程中进行,并在温度为T2(低温热源的温度)的等温过程中向低温热源放热。
因只有两个热源,故当工作物质与热源分开,并从T1过渡到T2和从T2过渡到T1的两个可逆过程,必定是绝热过程。
卡诺定理
在两个给定的温度之间工作的两类热机,不可逆热机的效率总是小于可逆热机的效率;在两个给定温度的热源之间工作的一切可逆热机,其效率都相等,与工作物质无关。
说明:
19世纪初,蒸汽机在工业上的广泛应用,提高热机的效率已成为科学家和工程师的重要课题。
卡诺在1824年指出,热机要能有效地做功,它至少必须工作在一个高温热源和一个低温热源之间。
卡诺发表了关于热机效率的基本定律,这就是卡诺定理。
卡诺热机
在高温热源(温度为T1)和低温热源(温度为T2)间作卡诺循环的理想热机。
说明:
(1)由热力学可以证明,卡诺热机的效率ηt=1-T2/T1。
卡诺热机的效率只决定于两热源的温度。
若T1越大,T2越小,效率就越高。
(2)卡诺热机虽然是一种理想热机,但对它的研究为提高热机的效率指明了方向。
热力学第三定律
当温度趋向于绝对零度时,体系的熵趋向于一个固定的数值,而与其他性质(如压强)无关。
说明:
(1)上述结论是1912年能斯脱根据对低温现象的研究得出的,称为能斯脱定理。
(2)常用的表述还有:
绝对零度不可能达到;不可能用有限个手续使物体冷却到绝对零度。
(3)能斯脱定理的各种表述统称为热力学第三定律。
(4)热力学第三定律在低温物理研究中起着指导作用。
当温度趋于绝对零度时,体系处于最低能量状态,变为完全有序。
既然熵是分子体系无序程度的量度,那么在绝对零度时,熵必定达到它的最低值。
电荷
物质的固有属性之一。
它有正电荷与负电荷两种,同种电荷互相排斥,异种电荷则相互吸引。
说明:
(1)电荷本身不是物质,但电荷与物质不可分离,自然界中不存在脱离物质而单独存在的电荷。
实验表明,凡是带电的粒子,其静质量都不为零。
(2)通常物体由原子组成,原子中有带正电的原子核和带负电的电子,由于正、负电荷相等,一般物体呈中性而不带电。
但当中性物体经过摩擦、加热、感应或照射等变化时,往往因获得或失去一部分电子而呈现出荷电状态。
例如,一些荷电物体具有吸引轻小物体的特性。
(3)迄今为止的实验表明,自然界中任何电荷都是电子电荷的整数倍,所以,电子电荷的绝对值称为基本电荷,其量值按现代最精确测量的结果为
e=1.60217733(49)×10-19库仑。
我们说电荷是量子化的,即任何物体所带电荷的数量是不连续的。
目前比电子电荷更小的电荷是否存在,尚还没有定论,但即使发现了比
只是那时电荷的最小单位比今天的e要小而已。
电荷量子化是自然界中一个深刻而又普遍的规律。
值得指出,在我们学习的经典电磁学范围内,一般宏观物体所荷电量比电子电荷大得多,故不必考虑电荷量子化这一事实,通常说物体的电荷可以具有任意值。
电量
指物体所带电荷的多少。
说明:
(1)在国际单位制中,电量的单位是库仑(C)。
1库仑电量等于1安培的电流通过导体时,在1秒钟内流过导体任一截面的电量。
(2)1950年前的电量单位,库仑定义为能从硝酸银溶液中电解出0.001180克纯银的电量。
因上述两种库仑相差极微,应用时不加区别,统称库仑。
电荷守恒定律
一个孤立系统的总电荷数不变,即在任一时刻存在于该系统内的正电荷与负电荷的代数和保持不变。
说明:
(1)这是一条严格的自然定律,在所有宏观或微观过程中都成立,它作为一条最基本的理论假设,其正确性不是由个别实验所能证实的,而是由迄今为止所有观察实验无一违背其结论而被确认。
(2)反映了在自然界中,电荷的产生与消失总是正、负电荷成对出现的。
在宏观过程中,物体荷电状态的改变,往往是由电子的得失而产生的,一部分物体得到了多余的电子就显示荷负电的特性,而失去电子的另一部分物体就呈现出正电的特性,它们得失的总量总是相同的。
在微观过程中,粒子的衰变产生带电粒子,正、反粒子的湮灭又使粒子所带电荷消失,但我们从未观察到只产生带正电的粒子而不同时产生带负电的粒子的事件。
(3)我们知道质量、长度、时间间隔这些基本物理量在相对论中并不是不变量,即不同运动速度的观测者测量这些量所得结果是不同的。
但电荷不同于上述这些量,即使在相对运动的不同惯性系中,测量同一个电荷的电量,其结果都相等,这就是电荷的不变性。
库仑定律
静电学的基本实验定律。
1785年法国科学家库仑(C.A.Coulomb,1736—1806)利用扭秤实验总结得出如下规律:
真空中两个静止的点电荷之间的作用力与它们所带电量的乘积成正比,与它们之间的距离平方成反比,作用力的方向在它们的连线上。
这一规律用矢量公式可表示为
式中q1、q2分别表示两个点电荷的电量(带有正、负号),r12表示两点电荷之间的距离,r12则表示从电荷q1指向电荷q2的位置矢量,K为比例系数,由公式中各量所选单位而定。
F12表示电荷q2受电荷q1对其的作用力。
当两个点电荷q1与q2同号时,F12与r12同方向,表明电荷q2受q1的斥力;当q1与q2异号时,F12与r12的方向相反,表示q2受q1的引力。
说明:
(1)在国际单位制中,电量的单位为库仑(C),距离的单位为米(m),力的单位用牛顿(N),实验测定比例常数K=8.980×109Nm2/C2≈9×109N·m2/C2。
通常还引入另一常数ε0(称真空的介
(2)库仑定律关于电力与距离平方反比的规律,具有特别重要的意义,所以一直经历着不断的实验检验。
1873年麦克斯韦实验得出,定律中分母r的指数与2的差别δ<5×10-5,精度比库仑实验提高了3个数量级。
1971年威廉斯等的实验测得上述δ<3×10-16,所以,库仑定律关于电力平方反比律已经成为物理学最精确的实验规律之一。
(3)库仑定律关于平方反比律结论的重要性,还在于它与光子静止质量mr是否为零有密切的关系。
现代的物理理论量子场论认为,各种相互作用都是粒子交换引起的,电磁相互作用通过交换光子实现。
如果光子的静质量mr≠0,则电磁力为非长程力,即电力的平方反比律就会有偏差(δ≠0);只有当mr=0,则δ=0,电力严格保持平方反比律。
另外,假如mr≠0,则电荷守恒定律将破坏;黑体辐射公式要修改;不同频率的光波在真空中的速度将不同(真空色散),这一系列的物理学基本规律的破坏当然是不可想象的,所以光子静质量mr是否严格为零,物理学家不断地用各种方法来加以检验。
上述1971年关于δ的实验结论,即δ<3×10-16,相当于mr<2×10-47克,而最近用天体物理学的方法测得mr<10-60克,基本接近为零,
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