第二章静电场分析.pptVIP

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2.5 静电场的边界条件 1、电通密度 的法向分量(即垂直于分界面的分量),满足的边界条件。 2、电场强度 的切向分量(即平行于分界面的分 量),满足的边界条件。 决定分界面两侧电场变化关系的方程称为静电场的边界条件,即电场在两种不同媒质分界面上变化的规律。 电通密度 的法向分量,满足的边界条件 物理意义:静电场中,如果不同媒质分界面上存在自由面电荷密度,则电通密度的法向分量不连续。 2.电场强度 的切向分量,满足的边界条件 物理意义:静电场中不同媒质分界面上,电场强度的切向分量总是连续的。 (1)两种不同电介质之间的分界面: (2)电介质与导体之间的分界面: 界面上无自由电荷分布,即ρS=0,边界条件变为 当媒质2为导体时, 物理意义:导体表面上的静电场,总是垂直于导体表面 例:平行板电容器的长和宽分别为a和b, 板间距离为d,电容器的一半厚度(0-d/2)用介电常数为ε的玻璃填充,另一半为空气。若板上外加电压为U0: (1)分别求出有介质填充(0-d/2)区域和无填充(d/2-d)区域中的电场强度; (2)板上及分界面上的自由面电荷密度; (3)电容器的电容量; * * 第二章 静电场分析 2.1 电场强度与电位函数 2.2 静电场的基本方程 2.3 电介质的极化与电通量密度 2.4 导体的电容 2.5 静电场的边界条件 2.6 恒定电场 2.1 电场强度与电位函数 电 场 强 度 电 位 函 数 库 仑 定 律 电 偶 极 子 2.1.1 库仑定律 库仑定律(Coulom‘s Law)是静电现象的基本实验定律,表明固定在真空中相距为R的两点电荷q1与q2之间的作用力:正比于它们的电荷量的乘积;反比于它们之间距离的平方;作用力的方向沿两者间的连线;两点电荷同性为斥力,异性为吸力。 2.1.2 电场强度 1、点电荷的电场强度 设q为位于点S(x’,y’,z’)处的点电荷,在其电场中点P(x,y,z)处引入试验电荷qt,根据库仑定律,qt受到的作用力为F,则该点处的电场强度(Eelectric Field Intensity)定义为 当空间中同时有n个点电荷时,场点的电场等于各点电荷qi在该点产生的电场强度的矢量和,即 例:两个点电荷位于(1,0,0)和(0,1,0),带电量分别为20nC和-20nC,求(0,0,1)点处的电场强度 2. 分布电荷的电场强度 (1)线电荷 (2)面电荷 (3)体电荷 线电荷密度(Charge Line Density): 当电荷分布在一细线(其横向尺寸与长度的比值很小)上时,定义线电荷密度为单位长度上的电荷 当电荷分布在一个表面上时, 定义面 电荷密度为单位面积上的电荷 面电荷密度(Charge Areal Density): 体电荷密度(Charge Volume Density): 分布电荷所产生的电场强度 设电荷以体密度ρV(r′)分布在体积V内。在V内取一微小体积元dV′,其电荷量dq=ρV(r)dV′,将其视为点电荷,则它在场点P(r)处产生的电场为 体积V内所有电荷在P(r)处所产生的总电场为 电场强度的矢量积分公式 例 有限长直线l上均匀分布着线密度为ρl的线电荷, 如下图所示,求线外一点的电场强度。 有限长直线电荷的电场 无限长线电荷的场 解题思路(步骤): 1. 根据电荷分布形状,以及它与所求点电场之间的相对位置关系,选择并建立坐标系。 2. 确定源点、场点,及其位置矢量,距离矢量。 3. 代入电场强度计算式,确定积分上下限,求解。 例2.2 一个均匀带电的环形薄圆盘,内半径为a,外半径为b,面电荷密度为 ,求z轴上任意一点的电场强度 2.1.3 电位函数 在静电场中,某点P处的电位定义为把单位正电荷从P点移到参考点Q的过程中静电力所作的功。若正试验电荷qt从P点移到Q点的过程中电场力作功为W,则P点处的电位为 “—”负号的物理意义:电位的增加总是朝着抗拒电场强度的方向;电场强度的方向总是垂直于电位面,并从电位高处指向电位低处。 例 真空中一个带电导体球,半径为a,所带电量为Q,试计算球内外的电位与电场强度。 孤立带电导体球的场 带电导体球的场分布 电偶极子是指相距很近的两个等值异号的电荷。 2.1.4 电偶极子 定义电偶极矩矢量的大小 为p=qd,方向由负电荷指向正电荷,即 则P点的电位可以写成下列形式: 取负梯度得电偶极子在P

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