靜電磁場(chǎng)知識(shí)點(diǎn)

演講人：日期：靜電磁場(chǎng)知識(shí)點(diǎn)目錄CONTENTS靜電場(chǎng)基本概念靜電場(chǎng)中導(dǎo)體與電介質(zhì)靜電場(chǎng)能量與電容靜電場(chǎng)中高斯定理及應(yīng)用磁場(chǎng)基本概念與性質(zhì)磁場(chǎng)中高斯定理與安培環(huán)路定律01靜電場(chǎng)基本概念電荷與電場(chǎng)電荷物質(zhì)的一種基本屬性，分為正電荷和負(fù)電荷。同性電荷相斥，異性電荷相吸。電場(chǎng)電荷周圍空間存在的特殊形態(tài)物質(zhì)，由電荷產(chǎn)生，對(duì)電荷有電力作用。電場(chǎng)線描述電場(chǎng)分布和方向的假想曲線，起始于正電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)，終止于負(fù)電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)。電場(chǎng)強(qiáng)度描述電場(chǎng)對(duì)電荷作用力的物理量，大小等于單位正電荷在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力。電勢(shì)描述電場(chǎng)中某點(diǎn)電勢(shì)能的標(biāo)量，與零電勢(shì)點(diǎn)選擇有關(guān)，沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低。電勢(shì)差電場(chǎng)中兩點(diǎn)間電勢(shì)的差值，等于單位正電荷從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)電場(chǎng)力做的功。電勢(shì)能與電勢(shì)關(guān)系電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)電勢(shì)能等于該點(diǎn)電勢(shì)與電荷量乘積，電勢(shì)能變化由電勢(shì)差決定。等勢(shì)面電場(chǎng)中電勢(shì)相等的點(diǎn)構(gòu)成的面，電荷在等勢(shì)面上移動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力不做功。電勢(shì)與電勢(shì)差02靜電場(chǎng)中導(dǎo)體與電介質(zhì)電荷只分布在導(dǎo)體表面在靜電平衡狀態(tài)下，導(dǎo)體內(nèi)部的電荷將移至導(dǎo)體表面，直到導(dǎo)體表面電荷分布使得內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零。導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零導(dǎo)體內(nèi)部自由電荷的移動(dòng)會(huì)達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，使得導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零。導(dǎo)體表面是等勢(shì)面靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體表面是等勢(shì)面，表面上的電荷分布會(huì)導(dǎo)致外部電場(chǎng)線的垂直分量被抵消。導(dǎo)體靜電平衡條件電介質(zhì)極化現(xiàn)象及微觀解釋極化現(xiàn)象01電介質(zhì)在電場(chǎng)中，正負(fù)電荷中心會(huì)發(fā)生相對(duì)位移，形成電偶極矩，稱為極化。極化機(jī)制02極化機(jī)制主要包括電子位移極化和離子位移極化。電子位移極化是電子云在電場(chǎng)作用下發(fā)生畸變；離子位移極化是正負(fù)離子在電場(chǎng)中發(fā)生相對(duì)位移。極化強(qiáng)度與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系03極化強(qiáng)度矢量P與電場(chǎng)強(qiáng)度E成正比，且方向相反，P=ε?(χ-1)E，其中χ為介質(zhì)的電極化率，ε?為真空中的電容率。極化對(duì)電介質(zhì)的影響04極化使電介質(zhì)內(nèi)部電場(chǎng)減弱，電介質(zhì)表面極化電荷產(chǎn)生的附加電場(chǎng)與原有電場(chǎng)方向相反，有削弱原電場(chǎng)的作用。03靜電場(chǎng)能量與電容電場(chǎng)所具有的能量，通常我們只會(huì)討論在靜電場(chǎng)中的能量分布。靜電場(chǎng)能量定義W=1/2*E·D，其中E表示電場(chǎng)強(qiáng)度，D表示電位移矢量。靜電場(chǎng)能量公式在靜電場(chǎng)中，電場(chǎng)能量密度與電場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比，主要集中在電場(chǎng)強(qiáng)度較高的區(qū)域。靜電場(chǎng)能量分布特點(diǎn)靜電場(chǎng)能量計(jì)算010203電容器是一種能夠儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的電子元件，由兩個(gè)導(dǎo)體和它們之間的介質(zhì)組成。電容是描述電容器儲(chǔ)存電荷能力的物理量，其大小等于電容器兩端電壓與電荷量的比值，即C=Q/U。電容的基本單位是法拉（F），在實(shí)際應(yīng)用中常用微法（μF）或皮法（pF）等單位。電容具有充放電特性，可以儲(chǔ)存電場(chǎng)能量并在電路中釋放，起到濾波、耦合、旁路等作用。電容器及其電容概念電容器定義電容的定義電容的單位電容的性質(zhì)04靜電場(chǎng)中高斯定理及應(yīng)用高斯定理的表述靜電場(chǎng)中穿過(guò)任意閉合曲面的電場(chǎng)線數(shù)（或電通量）等于閉合曲面內(nèi)所有電荷的代數(shù)和除以真空中的電容率。高斯定理的證明通過(guò)高斯面的電場(chǎng)線數(shù)等于閉合曲面內(nèi)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)線數(shù)，推導(dǎo)出高斯定理的公式。高斯定理表述與證明求解電場(chǎng)中的電勢(shì)分布通過(guò)高斯定理求解電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)分布，通常需要先求解該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，再利用電勢(shì)與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系求出電勢(shì)。求解點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度利用高斯定理求解點(diǎn)電荷在空間中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，通常選取以該點(diǎn)為中心的高斯球面。求解帶電體電場(chǎng)強(qiáng)度將帶電體視為電荷分布，通過(guò)高斯定理求解帶電體在空間某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，常用于求解具有對(duì)稱性的帶電體電場(chǎng)強(qiáng)度。應(yīng)用高斯定理求解電場(chǎng)強(qiáng)度05磁場(chǎng)基本概念與性質(zhì)磁場(chǎng)是由運(yùn)動(dòng)電荷或電流產(chǎn)生的，包括永久磁體和感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)來(lái)源磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，是矢量，用符號(hào)B表示，國(guó)際單位為特斯拉（T）。磁感應(yīng)強(qiáng)度定義磁場(chǎng)來(lái)源及磁感應(yīng)強(qiáng)度定義洛倫茲力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力稱為洛倫茲力，其方向垂直于磁場(chǎng)方向和電荷運(yùn)動(dòng)方向所構(gòu)成的平面。帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中會(huì)受到洛倫茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)半徑與粒子的速度、電荷量以及磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)。磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用力06磁場(chǎng)中高斯定理與安培環(huán)路定律磁場(chǎng)中高斯定理的表述磁場(chǎng)中穿過(guò)任意閉合曲面的磁通量等于零，或者說(shuō)磁場(chǎng)線總是進(jìn)入和離開閉合曲面。磁場(chǎng)中高斯定理的證明根據(jù)磁場(chǎng)的無(wú)源性，即磁場(chǎng)線總是閉合的，不會(huì)起始或終止于某一點(diǎn)，因此穿過(guò)任意閉合曲面的磁通量必然為零。磁場(chǎng)中高斯定理表述與證明安培環(huán)路定律的表述計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿任何閉合路徑的線積分，等于這閉合路徑所包圍的各個(gè)電流的代數(shù)和乘以磁導(dǎo)率。通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)拈]合路徑，利用安培環(huán)路定律可以計(jì)算路徑上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。安培環(huán)路定律及應(yīng)用判斷