《真空靜電場(chǎng)》課件

《真空靜電場(chǎng)》PPT課件CATALOGUE目錄靜電場(chǎng)的定義與性質(zhì)電場(chǎng)線與電通量高斯定理與靜電場(chǎng)的散度靜電場(chǎng)的旋度與環(huán)量電勢(shì)與電場(chǎng)能量靜電場(chǎng)的邊界條件與導(dǎo)體電容01靜電場(chǎng)的定義與性質(zhì)靜電場(chǎng)是由靜止電荷產(chǎn)生的非保守場(chǎng)，其電場(chǎng)線不閉合且不與電荷重合。靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線始于正電荷并終止于負(fù)電荷，或沿?zé)o窮遠(yuǎn)處的方向。電場(chǎng)線在空間中不相交，因?yàn)橄嗤碾妶?chǎng)線不能相交于同一點(diǎn)。靜電場(chǎng)的定義靜電場(chǎng)是有源場(chǎng)，其電場(chǎng)強(qiáng)度E與電勢(shì)φ之間存在關(guān)系：E=-▽?duì)?。靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)力與電荷的電量成正比，與電場(chǎng)強(qiáng)度的方向相反。靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)力做功與路徑無關(guān)，只與初末位置有關(guān)，滿足保守力的性質(zhì)。靜電場(chǎng)的性質(zhì)靜電場(chǎng)的分類根據(jù)產(chǎn)生原因，靜電場(chǎng)可分為感應(yīng)電場(chǎng)和源電場(chǎng)。感應(yīng)電場(chǎng)是由磁場(chǎng)變化引起的電場(chǎng)，源電場(chǎng)是由靜止電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)。根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，靜電場(chǎng)可分為弱電場(chǎng)和強(qiáng)電場(chǎng)。弱電場(chǎng)的電場(chǎng)力作用較小，強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)力作用較大。02電場(chǎng)線與電通量描述電場(chǎng)分布的假想曲線，線上每一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向。不閉合、不相交、疏密反映電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。電場(chǎng)線的概念電場(chǎng)線的特點(diǎn)電場(chǎng)線沿電場(chǎng)線方向，電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸減小。電場(chǎng)線的方向電場(chǎng)線的指向電場(chǎng)線的切線電場(chǎng)線的指向與正電荷在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力方向相同。表示電場(chǎng)強(qiáng)度的方向，電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。030201電場(chǎng)線的性質(zhì)03電通量的物理意義表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，是描述電場(chǎng)分布的重要物理量之一。01電通量穿過某一曲面的電場(chǎng)線數(shù)，表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。02電通量的計(jì)算通過在曲面上選取面積元，然后計(jì)算穿過該面積元的電場(chǎng)線條數(shù)。電通量的概念與計(jì)算03高斯定理與靜電場(chǎng)的散度在真空靜電場(chǎng)中，穿過任意閉合曲面的電場(chǎng)強(qiáng)度通量等于該閉合曲面所包圍的電荷量。高斯定理∮E·dS=∑qi/ε0數(shù)學(xué)表達(dá)式E是電場(chǎng)強(qiáng)度，dS是閉合曲面上的微小面積，∑qi是包圍的電荷量，ε0是真空電容率。說明高斯定理的表述確定電荷分布通過高斯定理，可以確定電荷分布對(duì)電場(chǎng)的影響，從而分析電場(chǎng)分布。電場(chǎng)線描繪利用高斯定理，可以繪制電場(chǎng)線，直觀地表示電場(chǎng)強(qiáng)弱和方向。電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算通過高斯定理，可以計(jì)算任意形狀和大小的電荷分布產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度。高斯定理的應(yīng)用電場(chǎng)強(qiáng)度在某一點(diǎn)的散度等于該點(diǎn)電荷密度的體密度。靜電場(chǎng)的散度源分布與電場(chǎng)散度散度定理說明源分布即電荷分布，通過電場(chǎng)散度可以分析電場(chǎng)與源分布的關(guān)系。在真空靜電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度的散度等于零，即▽·E=ρ/ε0。▽表示哈密頓算子，E表示電場(chǎng)強(qiáng)度，ρ表示電荷密度，ε0表示真空電容率。靜電場(chǎng)的散度與源分布04靜電場(chǎng)的旋度與環(huán)量靜電場(chǎng)中某點(diǎn)的矢量，其方向表示該點(diǎn)電場(chǎng)線的旋轉(zhuǎn)方向，其大小表示電場(chǎng)線旋轉(zhuǎn)的密度。定義旋度=curl(E)=?Ey/?x-?Ex/?y計(jì)算公式旋度表示電場(chǎng)線在該點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)程度，旋度越大，表示電場(chǎng)線在該點(diǎn)旋轉(zhuǎn)越劇烈。物理意義靜電場(chǎng)的旋度靜電場(chǎng)中某閉合曲線的矢量，表示電場(chǎng)線穿過該閉合曲線的匝數(shù)。定義環(huán)量=lineintegralofE·dl計(jì)算公式環(huán)量表示電場(chǎng)線穿過閉合曲線的匝數(shù)，環(huán)量越大，表示電場(chǎng)線在該閉合曲線內(nèi)穿過越多匝。物理意義靜電場(chǎng)的環(huán)量旋度與電場(chǎng)線旋轉(zhuǎn)旋度的大小和方向決定了電場(chǎng)線在該點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)程度和方向，是描述電場(chǎng)線旋轉(zhuǎn)特性的重要物理量。環(huán)量與電場(chǎng)線穿過匝數(shù)環(huán)量表示電場(chǎng)線穿過閉合曲線的匝數(shù)，是描述電場(chǎng)線在空間分布的重要物理量。應(yīng)用在電磁學(xué)、電動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域中，旋度和環(huán)量是描述靜電場(chǎng)特性的重要物理量，對(duì)于理解電磁波的傳播、電磁力的作用機(jī)制等具有重要意義。靜電場(chǎng)旋度與環(huán)量的物理意義05電勢(shì)與電場(chǎng)能量電勢(shì)的概念與計(jì)算總結(jié)詞電勢(shì)是描述電場(chǎng)中某點(diǎn)電荷的勢(shì)能狀態(tài)，與該點(diǎn)電荷的電量和電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。詳細(xì)描述電勢(shì)定義為電場(chǎng)中某點(diǎn)到零勢(shì)能點(diǎn)的勢(shì)能差，通常用符號(hào)表示。在真空靜電場(chǎng)中，電勢(shì)的計(jì)算公式為，其中是電場(chǎng)強(qiáng)度，是電勢(shì)，是該點(diǎn)到零勢(shì)能點(diǎn)的距離。電場(chǎng)能量是描述電場(chǎng)中能量分布的物理量，與電場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比。總結(jié)詞電場(chǎng)能量密度定義為電場(chǎng)強(qiáng)度平方與介質(zhì)常數(shù)的乘積，即。在真空環(huán)境中，電場(chǎng)能量密度與電場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比，即。整個(gè)電場(chǎng)的能量可以通過對(duì)電場(chǎng)能量密度在體積上的積分來計(jì)算。詳細(xì)描述電場(chǎng)能量的概念與計(jì)算總結(jié)詞電場(chǎng)能量的分布可以通過對(duì)電場(chǎng)能量密度在體積上的積分來計(jì)算，積分結(jié)果與電荷分布和邊界條件有關(guān)。詳細(xì)描述在真空靜電場(chǎng)中，電場(chǎng)能量的分布可以通過對(duì)電場(chǎng)能量密度在空間中的積分來計(jì)算。積分結(jié)果與電荷分布和邊界條件有關(guān)。對(duì)于無限大均勻帶電平面，其電場(chǎng)能量密度為，其中是電荷面密度，是介電常數(shù)。整個(gè)平面的電場(chǎng)能量可以通過對(duì)電場(chǎng)能量密度在面積上的積分來計(jì)算。電場(chǎng)能量的分布與計(jì)算06靜電場(chǎng)的邊界條件與導(dǎo)體電容靜電場(chǎng)的邊界條件是指在靜電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度在導(dǎo)體或介質(zhì)交界面的變化規(guī)律。根據(jù)庫侖定律，當(dāng)兩個(gè)不同介質(zhì)的導(dǎo)體接觸時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度在交界面的法線方向上連續(xù)，即電場(chǎng)線不能中斷。在靜電場(chǎng)中，導(dǎo)體和介質(zhì)之間的電場(chǎng)強(qiáng)度變化規(guī)律不同，這取決于它們各自的電導(dǎo)率和介電常數(shù)。在理想導(dǎo)體和理想介質(zhì)之間，電場(chǎng)強(qiáng)度在交界面的法線方向上連續(xù)，但在切線方向上可能會(huì)有跳躍。靜電場(chǎng)的邊界條件導(dǎo)體的電容與電容率導(dǎo)體的電容是指導(dǎo)體存儲(chǔ)電荷的能力，通常用C表示。電容是導(dǎo)體的一種固有屬性，與導(dǎo)體的形狀、大小和放置方式有關(guān)。電容率是指單位體積內(nèi)的電容量，通常用ε表示。對(duì)于不同的導(dǎo)體，電容率和電導(dǎo)率的關(guān)系也不同。一般來說，導(dǎo)體的電容率越高，其電導(dǎo)率也越高。電容器的電容是指電容器存儲(chǔ)電荷的能力，通常用C表示。電容器的電容取決于其電極板的大小、形狀和