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365体育备用网址物理(工)復習指導十二

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  五、靜電場中的導體Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  什么是靜電感應現象? 就是把導體放入外電場中,導體內自由電子受外電場力作用定向運動,從而在導體兩端面上出現等量異號電荷的現象。結果會產生一個附加電場。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  (識記)導體的靜電平衡條件。當上述靜電感應現象中導體內部自由電子移動停止下來時,導體內部場強等于0。因為外電場與附加電場在導體內部方向相反,大小相等,疊加的效果就是互相抵消。這時就是導體達到靜電平衡狀態。可見,導體達到靜電平衡狀態的條件是:Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  (1)導體內部場強處處為0。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  (2)導體表面的場強處處垂直于導體表面。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  這兩個條件一個是內部,一個是導體表面,都是從導體內電子的定向運動停止的條件引出的。總的說,就是導體內部電子停止定向運動的條件。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  (識記)導體處于靜電平衡狀態時的電勢及電荷分布特點:Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  (1)整個導體是等勢體,導體表面是等勢面Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  (2)導體表面附近任一點的電場強度的大小與該處導體表面上的面電荷密度成正比。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  (3)電荷只能分布在導體的表面,內部凈電荷為0。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  靜電平衡導體的應用主要是靜電屏蔽。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  一般地說孤立導體的表面凸出且曲率較大的地方電荷密度較大,若是尖端,則電荷密度非常大,場強很強,一般情況要避免,但是也有應用,如避雷針等。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  (領會)電容:電容的值是導體所帶電量的值與導體的電勢(差)的比值,C=q/(U1U2)。電容的值與該導體的帶電量和電勢無關,而是與其形狀,大小、兩極板之間的位置等因素有關。這好比一個物體的密度,雖然其大小可由M/V來反映,但事實上在確定的壓力溫度條件時,物體的密度與質量及體積無關一樣。電容反映的是電容器兩極板間充電到一定電壓時,極板上存儲的電荷或電能是多少。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  孤立導體可以理解為其中一個極板在無限遠處(以致于該極板的形狀大小都可忽略不計),其間介質為真空的電容器。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  (簡單應用)如課本中例子,計算平行板電容器等簡單電容器的電容(不過看到這些積分式子,想想要補數學課了)Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  (綜合應用)運用電荷守恒定律、靜電平衡條件及高斯定理等規律分析、計算導體上的電荷導體內外的電場強度與電勢。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  六、電介質Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  電介質也就是絕緣體。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  當電容器中間使用不同的電介質時,會產生兩極板間電勢差不同的現象。而且這個電勢差都小于電介質為真空的情況。這是為什么呢?Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  且看了再說:Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  我們知道,絕緣體內的電子被原子束縛得很緊,當這類介質進入電場時,這些電子不能脫離原子的束縛而自由移動,但是它們受到電場力的作用,會產生“極化現象”。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  對于“有極分子”來說,分子電偶極子的正負電荷受到兩個不同方向的力,所以將產生轉向排列,正電荷基本上靠近電場線穿出的介質表面,而負電荷則靠近電場線穿入的介質表面上,此時,這些正負電荷既不能離開原子又不能自由轉動,我們就稱這些電荷為“極化電荷”(或稱束縛電荷,這是相對于自由電荷而來的,自由電荷就是可以脫離原子束縛,在電場作用下可作定向運動的電荷,可以是正電荷也可以是負電荷)。這種在外電場作用下,電介質分子的電偶極矩趨于外電場方向排列,結果在電介質的側面呈現極化電荷的現象就稱為電介質的極化現象。有極分子電介質的極化現象稱為“取向極化”(因為是有極的,所以它的方向會改變)Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  而對于“無極分子”來說,由于這個分子的正負電荷本來是呈現中心對稱分布的,因此不會產生轉動的現象,但是它們受到的力是相反的,因此正負電荷會產生相對位移,也就是分子中對稱分布在四周的電荷往一邊移動,中間的電荷往另一邊移動,雖然不至于“分手”但正負電荷的中心已經不重合了,所以總的來看,電介質也呈現了極化現象。這種無極分子電介質的極化稱為“位移極化”。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  正因為這種極化現象,使介質內部產生一個附加電場,這個電場抵消了一部分外電場,所以使得電容器兩極板之間的電勢差變小。由于介質不同,產生的極化效果不同,所以各種介質造成的電勢差變化也不同,為了表示電介質的這種性質,我們引進了“相對電容率”的概念。即 其中ε=εrε0為這種電介質的電容率。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  在平行板電容器兩極板間充滿各向同性均勻電介質后,兩板間的電勢差和場強都減少到板間為真空時的1/εr。E=E0/εrKvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  (簡單應用)有電介質時的高斯定理。我們知道高斯定理是指:在真空中的靜電場內,通過任意封閉曲面的電通量等于該封閉曲面所包圍的電荷的電量的代數和的1/ε0。那么,極化后的電介質內部的靜電場是否仍能運用 這個定理呢?Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  先來看看極化后電介質內部的電場強度矢量,由于介質內束縛電荷形成了附加電場,這個電場與外電場的矢量和為就是介質內部場強:E=E0+E',根據計算得場強大小為:Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  可見,在電介質內部,合場強E總是小于自由電荷產生的場強E0.但不為0,因為電介質與導體不同,它沒有自由電荷,雖然極化時正負電荷會產生轉向或位移,但是均不能超出分子的范圍,所以這些電荷是束縛電荷。這些電荷產生的場強只能使外電場削弱,但是不可能與外電場完全抵消(導體產生的靜電感應現象則能使其內部場強為0)。當然在外電場強度達到一定程度時,也能導致電介質中的電荷脫離束縛而成為自由電荷,這就是電介質的擊穿,使絕緣體成為導體。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  高斯定理不僅適用于真空,而且適用于有電介質的情形即;但是由于電介質內部的電荷分布難以知曉(對于一般問題),所以要有一個更合適的表達方式來表達高斯定理。這個表達式是:其中的D稱為電位移矢量,D=εE ,用這個電位移矢量代替場強E就得到了一個電位移通量ΦD。這樣有電介質時的高斯定理在形式上比原來的高斯定理更簡潔了,表述為:通過任意閉合曲面的電位移通量,等于該閉合曲面所包圍的自由電荷的代數和(沒有了1/ε0)。求解問題時也就不必考慮極化電荷的分布了。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  七、靜電場的能量(簡單應用)Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  電容器儲能:電容器把電源所做的功以電能的形式存儲起來,這里根據幾個公式:如A=UQ、Q=CU等基本公式導出了電容器儲能公式:。因此基本公式的熟悉記憶是很有好處的(其實就是一些基本概念及定律定理的表達式)。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

  能量是存儲在電場中的,而不是存儲在電荷里。電場的能量存儲與電場的體積有關系。對于任意電場,整個電場的總能量是能量密度的體積分。Kvr365投注平台_365bet官网本科_365bet官网報名_首頁

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