静电场+静电感应.doc

静电场静电感应定义由静止电荷(相对于观察者静止的电荷)激发的电场(性质根据静电场的高斯定理,静电场的电场线起于正电荷或无穷远,终止于负电荷或无穷远,故静电场是有源场(从安培环路定理来说它是一个无旋场(根据环量定理,静电场中环量恒等于零,表明静电场中沿任意闭合路径移动电荷,电场力所做的功都为零,因此静电场是保守场(根据库仑定律,两个点电荷之间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比,和它们距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上,即,,kq1q2/r,其中q1、q2为两电荷的电荷量、k为静电力常量,+09牛顿米2/库2,r为两电荷中心点连线的距离。注意,点电荷是当带电体的距离比它们的大小大得多时,带电体的形状和大小可以忽略不计的电荷(静电感应如果电场中存在导体,在电场力的作用下出现静电感应现象,使原静电场来中和的正、负电荷分离,出现在导体表面上。这些电荷称为感应电荷。总的电场是感应电荷与自由电荷共同作用结果。达到平衡时,导体内部的电场为零。静电感应现象有一些应用,但也可能造成危害。静电场中的介质电场中的绝缘介质又称为电介质。由于电场力的作用在原子尺度上静电场出现了等效的束缚电荷。这种现象称为电介质的极化。对一种绝缘材料,当电场强度超过某一数值时,束缚电荷被迫流动造成介质击穿而失去其绝缘性能。因此静电场的大小对电工器件的设计及材料选择十分重要。有介质时的静电场是由束缚电荷及自由电荷共同产生的,为了表示这二者共同作用下的电场,可以引入另一个场矢量电通量密度D(又称电位移)。它定义为式中P为电介质的极化强度,则可得高斯通量定理公式式中q仅为S面内所有自由电荷,而不包括电介质的束缚电荷。高斯通量定理的微分形式为电位移的散度等于该点自由电荷(体)密度ρ,电介质的极化强度P与电场强度E有关,而电通量密度又与P和E有关,故可得表示电介质的本构方程D,εE电位由于静电场是无旋场,故可用标量电位φ表征静电场(见电位)。电位与电场强度的关系是式中Q点为电位参考点,可选在无穷远处;P点为观察点。上式的微分形式为电场强度等于电位的负梯度,微分方程称为泊松方程。如果观察点处自由电荷密度ρ为0,则墷2φ,0称为拉普拉斯方程。泊松方程和拉普拉斯方程描述了静电场空间分布的规律性。可以证明,当已知ρ、ε及边界条件时,泊松方程或拉普拉斯方程的解是惟一的,可以设法求解电位φ,再求出场中各处的E。恒定电场是电源两极上带的电荷和导体或其他电学元件上堆积的电荷共同激发而形成的,其特点是电场线处处沿着到导体方向,由于电荷的分布是稳定的,(即达到动平衡状态),由这种稳定分布的电荷形成的电场称为恒定电场,它具有和静电场相同的性质,因此会对处在其中的电荷有力的作用,也就会推动自由电荷发生定向移动形成电流,但自由电荷不会一直加速,会不断的与不动的粒子发生频发的碰撞(形成电阻的微观本质)受到不动的粒子对他运动的阻碍作用,自由电荷做的是平均匀速率不变的运动。恒定磁场磁场强度和方向保持不变的磁场称为恒定磁场或恒磁场,如铁磁片和通以直流电的电磁铁所产生的磁场。恒磁场又称为静磁场,而交变磁场,脉动磁场和脉冲磁场属于动磁场。磁场的空间各处的磁场强度相等或大致相等的称为均匀磁场,否则就称为非均匀磁场。离开磁极表面越远,磁场越弱,磁场强度呈梯度变化。磁通密度表示磁场的基本物理量之一。又称磁感应强度B。B为矢量,在国际单位制中其单位为特(斯拉)(T)。根据安培的实验,电流元Idl与I?dl?之间的作用力与它们之间的距离平方成反比,每一个电流元上受力与所在处的磁通密度B成正比,又根据华奥-萨伐尔提出的公式,有dF,Idl×B及式中μ0为真空的磁导率,r0为由Idl指向I?dl的单位矢量,r为两电流元之间的距离。前一公式为安培力公式,后式即毕奥,萨伐尔定律。磁场性质磁场可以用磁力线描述。若认为磁场是由电流产生的,按照毕奥-萨伐尔定律,磁力线都是闭合曲线,这一性质称为磁通连续性定理。其数学表示式为式中S为任一闭合面,即穿出任一闭合面的磁通代数和为零。上式的微分形式是墷?B,0式中墷?为散度算符。这是磁场的基本性质之一,称为无散性。磁场中的介质磁场对在其中的磁介质产生磁化作用,即在磁场的作用下介质中出现分子电流。总的磁场由自由电流与分子电流共同产生。永磁铁本身有自发的磁化,因而不需要外界自由电流也能产生磁场。磁介质的磁化程度用磁化强度M表征。可定义磁场强度H为H,B/μ0,M或B,μ0H,M,μH后式称为磁介质的本构方程。式中μ为磁介质的磁导率。将μ写为μ0μr,μ0为真空磁导率,μr为磁介质的相对磁导率。安培环路定律磁场强度H沿闭合回路的积分,等于穿过该回路所限定的面上的自由电流。这里回路的方向与电流的正向按右螺旋规则选定。这一性质表示为这就是安培环路定律。其微分形式为墷×H,J式中J为自由电流