第1章静电场..ppt

前言：,电磁学-研究电磁现象及其规律的科学。,1）电磁现象的早期发现,公元前600年前，希腊哲学家赛列斯发现琥珀磨擦可以吸引轻小物体。,东汉时期王充“论衡”中有；,“顿牟掇芥，磁石引针”的记载,1820年奥斯特发现电流的磁效应-改变将电现象与磁现象分别研究的情况。,玳瑁,解释和推断一切电磁现象，电磁学成为一门完整的科学。预言了光的电磁本性。相对论的问世，又将电磁学推向了一个新高潮。,2）两个里程碑,3）发展方向：,在工程上怎样利用Maxwell进一步解决各种实际问题。,小小毛病何足道哉！,在理论上则是怎把电磁理论作为更普遍的理论的特例加以推广并应包括引力理论和量子场论。,一、电荷(ElectricCharge),电量():用来度量带电程度的量。正电荷(positivecharge)；负电荷(negativecharge)。,二、电荷守恒定律(ConservationofCharge),三、电荷的量子化(ElectricChargeIsQuantized),在孤立系统中，电荷的代数和保持不变。（自然界的基本守恒定律之一）,电子对的“产生”电子对的“湮灭”,1.点电荷(PointCharge),四、电荷的相对论不变性,点电荷:带电体的线度（形状、大小）,例12如图,设有一均匀带电直线，长度为L，总电荷量为，线外一点P离开直线的垂直距离为D，P点和直线两端的连线与直线之间的夹角分别为1、2，求P点的场强。,解:取线元,D,若带电直线无限长，,可写为:,例13一半径为R的圆环，均匀带有电荷量。试计算圆环轴线上与环心相距为的P点处的场强。,解：如图,在圆环上任取线元,当R，,点电荷所激发的场强,电荷分布对x轴有对称性，EY分量全部抵消。,例14试计算均匀带电圆盘轴线上与盘心O相距为的任一给定点P处的场强。设盘的半径为R，电荷面密度为。,解：如图，取元环（ds）。,（1）R，,无限大均匀带电平面的电场中，各点场强相等。,（2）R，,与盘上电荷全集中在盘心的点电荷激发的场强相同。,曲线上各点的切线方向代表了该处电场强度的方向，电力线的密度反映了空间电场强弱的分布。,(1).起源于正电荷，止于负电荷;,性质:,(2).不会相交;,(3).指向电势降低的方向.,一、电力线(线)(theElectricFieldLines),32,33,一对等量异号点电荷的电场线,34,一对等量正点电荷的电场线,35,一对不等量异号点电荷的电场线,36,带电平行板电容器的电场线,二、电通量(TheFluxofTheElectricField),通量是描述矢量场的一个重要概念。,如流速场、电通量、磁通量,面元矢量,-元通量,通过整个曲面的电力线数目，即电通量为,闭合曲面，外法线方向为正,闭合曲面的电通量为：,电通量的正、负看面法线方向的选取。,非闭合曲面：面法线的正方向可选曲面的任一侧；,注意,三、高斯定律(GaussLaw),1.表述：在真空的任意静电场中，通过任一闭合曲面（高斯面）的电通量，等于该闭合曲面内所包围电荷的代数和除以0。,2.证明:,）点电荷的电场(空间球对称）,）.以为中心，为半径作一球面S,）.作任一形状的闭合曲面S包围,穿过S的电力线数目与穿过S面的一样。,）.若点电荷在闭合曲面S之外,=0,ii）任意带电体系的静电场,表明：若干点电荷存在时的电通量等于每一点电荷产生的场强通过该闭合曲面电通量的代数和。,在电场中任取一闭合曲面S，通过S面的电通量为,仅指被包围在S面内的那部分电荷的代数和。,3.高斯定律的意义:,）.揭示了电场与场源之间的联系，说明静电场是有源场；,）.该定理不仅适用于静电场，也适用于运动电荷和变化的电场，它是普遍电磁场理论的基本方程之一。,4.对高斯定理的理解:,）.式中场强是指高斯面上各处的电场强度，它是由闭合面内、外电荷共同产生的；,四、高斯定律的应用(ApplicationsofGaussLaw),求解具有一定的对称性的静电场（如球对称性、轴对称性、平面对称性的静电场）。,）.*电通量与电场强度是不同的概念。,，高斯面上各处场强未必为零.,其步骤为对称性分析；根据对称性选择合适的高斯面；应用高斯定理计算.,解：对称性分析，电场的分布呈球对称性，场强的方向沿球的径向，且距球心为处的球面上各点的场强大小都相等。,例15均匀带电球体，半径为R，电荷密度，求内、外电场的分布。,（R）区域：,作一同心球面S2。,若给定球体带的总电量,同理均匀带电球面（R，q）的电场分布。,（R）,（R）,（R）,提示：（1）利用高斯定理和场强迭加原理，（2）用积分。,思考题有一带电球壳，内、外半径分别、，电荷体密度A/，在球心处有一点电荷Q（如图），试证明当时，球壳区域内的场强大小与r无关。,球壳内的场强：,51,例16无限长均匀带电直线的电场强度，设圆柱面半径为R，单位长度圆柱面上带有电荷（电荷线密度）。,选取闭合的柱形高斯面,52,R时，,由轴对称性！我们过场点作高为、半径为的同轴闭合圆柱面。,R时，,55,例18无限大均匀带电平面的电场强度,无限大均匀带电平面，单位面积上的电荷，即电荷面密度为，求距平面为r处的电场强度.,选取闭合的柱形高斯面,底面积,56,日常生活静电除尘和分选静电喷涂静电喷雾机静电纺纱静电植绒静电复印静电制版,现代高新技术静电火箭发动机静电轴承静电陀螺仪（电浮陀螺）静电透镜,静电应用,57,静电电压可能高达数千伏甚至上百千伏，而电流却可能小于1A，故当电阻小于1M时就可能发生静电短路而泄放静电能量。静电放电的火花能引起爆炸和火灾。,静电的危害,58,日常生活中怎样预防静电？,1、卧室内尽量不放或少放家用电器。这样可以避免人体与电器在近距离产生电场而碰触起静电，看电视最好距离电视机23米。2、用“第三者”消除静电。为避免静电击打，可用小金属器件（如钥匙）、棉抹布等先碰触可引起静电的大门、门把手、水龙头、椅背、床栏等消除静电，再用手触及。3、用纯天然织物。内衣、床单、被罩等尽量使用棉、麻、丝等天然纺织物，尽量不要用或穿化纤质地的家纺用品和服装。,59,日常生活中怎样预防静电？,4、用木梳、润发露。梳头使用木梳，洗发时使用润发露，能消除静电。5、保持室内温度。这样静电就不容易产生。冬季室内最好使用加湿器，还可摆放花草，以避免产生静电。6、地板、墙面、天花板等使用防空间静电材料。7、多吃蔬菜、水果、酸奶，多饮水，同时补充钙质和维生素C，以减轻静电影响。,60,日常生活中怎样预防静电？,有车一族如何防静电？安装静电放电器。静电放电器分为接地式和空气放电式，不过据专家说，现在的趋势是两套都装，这样消除静电的效果要比单装一套理想得多。喷防静电喷雾剂。有一种新上市的名为“防静电喷雾”的产品，把它均匀地喷在车身上再用毛巾抹去，爱车就具备了神奇的防静电效果，而且有效期还不短呢！,61,有车一族如何防静电？少用化妆品。对于女性车主来说，在干燥的环境下要注意尽量减少化妆