chapter 7 Electrostatic field.pptVIP

主要内容 静止电荷的电场:电场强度和电势,静电场的高斯定理和定环路定理,静电屏蔽,电介质的极化和极化强度,电位移矢量,电容及电场能. 恒定电流的磁场电场:电流密度和电动势,磁感应强度,比奥-萨伐尔定律,恒定磁场的高斯定理和定环路定理,安培定律和洛伦兹力,磁矩和磁力矩,磁介质的磁化和磁化强度,磁场强度. 电磁感应和电磁场:感生和动生电动势,自感和互感,磁场能量,位移电流,电磁场 电磁学的发展历史 公元前六世纪左右，古希腊的塞利斯（Thales) 记载琥珀与布摩擦后吸引草屑 中国（春秋战国） 摩擦起电 磁铁矿吸铁 “司南”指南（东汉王充） 指南针（十一世纪） 1819年 丹麦物理学家奥斯特（H.C.Oersted)发现电流的磁效应 1831年 英国物理学家法拉第（H.Faraday)发现电磁感应现象规律 1873年 英国物理学家麦克斯韦（J.C.Maxwell)建立电磁场方程组 预言电磁波的存在 建立光的电磁理论 §7-1 电荷 库仑定律(Electric Charge and Coulomb`s Law ) 自然界只存在两种电荷，分别称为正电荷和负电荷。 对于电荷的正负是1750年美国物理学家 富兰克林（B.FrankLin)首先命名。 同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。 物质的电结构理论 物质由原子组成，原子由原子核和核外电子组成，原子核又由中子和质子组成。中子不带电，质子带正电，电子带负电。质子数和中子数相等，原子呈电中性。电荷是实物粒子的一种属性，它描述了实物粒子的电性质。 数学表达形式 : §7-2 电场 电场强度(Electric Field and Electric Field Strength) 一、 电场(Electric Field ) （静止电荷周围的电场称为静电场） 1. 电场 3.场强的计算 (3) 连续分布电荷的场强 例7-1 设有一均匀带电直线段长度为L，总电荷量为q， 求其延长线上一点P电场强度．（P距一端的为a） （3）球的电势 (定义法) 球壳的电势为 极化电荷与自由电荷不同 不能通过传导或接地方法离开电介质。 附加电场 极化电荷产生的附加电场影响和削弱原电场。 电介质的击穿： 一般外电场不太强时，电介质只被极化，不影响其绝缘性能。当其处在很强的外电场中时，电介质分子的正负电荷中心被拉开，甚至脱离约束而成为自由电荷，电介质变为导电材料。 电极化强度矢量 四、电极化强度与极化电荷面密度的关系 对各向同性介质，电场中某点的电位移 等于该点电场强度 与电介质在该点的介电常数的乘积，两者方向相同。 为辅助矢量，决定电荷受力的仍然是 。 通量与 有关，不是 只与 有关， 与 均有关。 线与 线不同， 线从正自由电荷出发，终止于负自由电荷。 的单位（SI）： 从实际带电体抽象出来的理想模型。 形状和大小与它们之间的距离相比可忽略时，可以把带电体可做点电荷。 用电介质内某处附近单位体积内分子电偶极矩的矢量和来定量描述该处电介质的极化程度。它是量度电介质内某点极化状态的物理量。 三、电极化强度（electric polarization） （1）电极化强度矢量 单位（SI）： （3）当外电场不太强时，各向同性电介质中某处 （2）当 时，称电介质被均匀极化，否则称不均匀极化。 以无极分子为例： 总电极化强度为 设电介质单位体积内分子数为 n，每个分子正负电荷电量大小为 ，并假设极化时负电荷中心不动，正电荷中心沿外电场方向移动 l，则极化后每个分子的等效电偶极矩为 所以 ds 上的极化电荷面密度为 均匀电介质表面上产生的极化电荷面密度,等于该处电极化强度沿表面外法线方向的投影。 在介质表面取面元 ，外电场 与 的法向夹角为 θ，则极化时以 ds为底，l 为高的斜柱体内所有正电荷中心将移出表面成为极化电荷。总量为 例 求均匀极化的电介质球表面上极化电荷的分布，已知电极化强度为 。 （2）左半球表面 （1）右半球表面 极化电荷在电介质球表面