[工学]静电场A.ppt

静 电 场 引言 场 —— 不同于实物的另一种形态的物质. 本章的主要内容 真空中静电场的基本特性(掌握) 电场强度 静电场的高斯定理 静电场的环路定理 电势 静电场与导体和电介质的相互作用(理解) 电容 静电场的能量(理解) §1 电场 电场强度 §1 电场 电场强度 §1 电场 电场强度 §1 电场 电场强度 §1 电场 电场强度 §9.1 电场 电场强度 §2 静电场的高斯定理 §2 静电场的高斯定理 §2 静电场的高斯定理 §2 静电场的高斯定理 §2 静电场的高斯定理 §2 静电场的高斯定理 §2 静电场的高斯定理 §2 静电场的高斯定理 §2 静电场的高斯定理 §3 静电场的环路定理 电势 §3 静电场的环路定理 电势 §3 静电场的环路定理 电势 §3 静电场的环路定理 电势 §3 静电场的环路定理 电势 §3 静电场的环路定理 电势 §3 静电场的环路定理 电势 §3 静电场的环路定理 电势 §3 静电场的环路定理 电势 §4 静电场与导体和电介质的相互作用 §4 静电场与导体和电介质的相互作用 §4 静电场与导体和电介质的相互作用 §4 静电场与导体和电介质的相互作用 §4 静电场与导体和电介质的相互作用 §5 静电场的能量 §5 静电场的能量 §5 静电场的能量 §5 静电场的能量 §5 静电场的能量 本章小结 §9.5 静电场与导体和电介质的相互作用 §9.4 电场强度与电势的关系 等势面与电场线的关系 力的观点——电场强度 功的观点——电势 对静电场性质的描述 二者间的关系？ 场强分布 积分关系 电势分布 电势分布 场强分布 ？ 电势沿 l 方向的变化率: 场强沿任一方向的分量等于电势沿该方向的空间变化率的负值. 不同方向的电势空间变化率不同. 三. 电场强度与电势的关系 场强与电势的微分关系： —— grad(V )为电势梯度矢量 静电场电场强度矢量与电势梯度大小相等方向相反. 电场强度的大小为电势空间变化率的最大值,方向指向电势降低最快的方向. 等势面较密集的地方场强大，较稀疏的地方场强小. 一. 静电场中的导体 静电感应 无外电场时 + 加上外电场后 + + + + + 加上外电场后 + + + + + + + + + + 加上外电场后 + + + + + + + + + + 导体达到静电平衡 感应电荷 感应电荷 静电平衡 ——导体中电荷宏观定向运动终止，电荷分布不随时间改变： 导体内部任意点的场强为零： 导体是等势体，导体表面是等势面. 导体表面的电场强度方向处处与表面垂直. 处于静电平衡状态导体的电荷分布： 导体内无净电荷，净电荷只分布在导体的表面上. 导体表面附近的场强大小为σ/ε0 孤立导体的电荷面密度σ与曲率半径成反比. 空腔导体的静电平衡 腔内有电荷的情况： —— 静电屏蔽 腔内无电荷的情况： 净电荷只分布在外表面； 腔内无电场，为等势体； 空腔内不受外电场的影响. 接地的空腔导体消除腔内电荷对外界的影响. 思考题:6-21 二.静电场中的电介质 1.电介质的极化 电介质 —— 不易导电的物质. 无极分子：分子的正、负电荷中心重合. 有极分子：分子的正、负电荷中心不重合. 电介质的极化——原来呈电中性的电介质，在外电场的作用下，其表面出现正负电荷的现象. 无极分子的位移极化. 有极分子的取向极化. 微波炉 无外场时整体对外不显电性. 2.电介质对电场的影响 ——电介质的极化产生一个与原电场反向的附加电场. 电介质内的场强 原电场 极化产生的附加电场 相对电容率 εr : ——反映电介质的极化性质及对外电场的影响程度. 绝对电容率： 三. 电介质中的高斯定理 闭合面内自由电荷代数和 电位移矢量 —— 物体储存电荷及电能的能力. 例. 孤立球形导体的电容： 一. 电容 1. 孤立导体的电容 带电的孤立导体球： 孤立导体的电容： （单位：法拉, F ） 对一定的导体，其电容是一定的，与导体的带电量无关. 2. 电容器 —— 取决于极板的大小、形状、相对位置和极间电介质的介电常量. q 为单个极板的带电量. ΔU 为两极板间的电势差. 设定极板所带的等量异号电荷量，计算电势差; 按电容定义计算. 3. 电容的计算 例1. 平行板电容器(极间距为d, 极板面积S, 介质介电常量ε) 设极板带电量为q, (忽略边缘影响)极板间场强为： 两极板的电势差为： 二. 静电场的能量 t 时刻,将电荷+dq从负极移到正极，外力克服电场力做功: 电场建立的过程就是克服静电力迁移电荷的过程. = 建立静电场消耗的能量 = 非静电力克服静电力做的功 电容器中储存的电场能量为： 静电场的能量密度we ： 任意静电场的能量： 平行板电容