医用物理学-课件--第五章 静电场

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5-6 静电场中的电介质
一. 电介质及其极化
1. 电介质 为不能导电的绝缘体； 特点：一般不能导电。
2. 分类 无极分子 有极分子
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3. 极化 定义： 在外电场作用下，电介质垂直于外电场的两个端 面上分别出现一层正电荷和负电荷的现象.
种类： 位移极化
取向极化
化率的负值.
d U 是电势沿等势面法线方向的变化率,叫电势梯度.
dn
En


dU dn
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四.电偶极子的电势
1.电偶极子：两个相距很近的等量异号点电荷组成的 带电系统
2.电偶极矩： p ql
3.电偶极子的电势公式: Uq4πlcε0or2s4pπcε0or2s
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三.场强与电势的关系
1.等势面 电势相等的各点所构成的曲面
性质：
沿等势面移动电荷时电场力做功为零. 等势面与电力线垂直.
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2.场强与电势间的积分关系
Ua


Ec
a
osdl
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3.场强与电势间的微分关系(电势梯度)
dU El dl 某点场强在任一方向l上的分量El，等于电势在该方向上变
b
AabW aW bq0 aEdl
规定：q0在无穷远处的电势能为零

W aAa q0 aEdl
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2.电势：
U a

Wa q0

Ecosdl
a
定义：某点的电势等于单位正电荷在该点所具有 的电势能。
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3.点电荷电势
U q 4πε 0 r
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表明:
电偶极子的电势与电矩p成正比，电势分布与方位
有关
以电偶极子轴线的中垂面为零势面、将整个电场分 为正负两个对称的区域
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五.电偶层的电势
1.电偶层： 相距很近、互相平行且具有等值异号电荷密度的两
个带电表面。
2.电偶层外某点a的电势：
dU psd 4πε0
层矩: ps=
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(4) 心电图的形成原理：
方法：用环体分割投影法。
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在一个心动周期内有三个心电向量环： P环 － 心房除极而形成， QRS环 － 心室除极而形成， T环 － 心室复极而形成。
分别对应于心电图中的P波、QRS波、T波。
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二.心电图导联
c.除极结束。心肌细胞又呈电中性；
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d.除极完成后膜对离子通透性立即恢复原状，称为复极。过程 亦伴随一变化的电偶极矩；
e.复极结束,整个细胞恢复到极化状态,又可接受另一次刺激。
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2.心电偶的电性质及其描述 心电偶：心脏简化为一个偶极子模型。 心电场：心电偶在体内形成一心电场。 心电图：为体表电势变化的记录。
2.导体表面附近的场强与该表面处电荷密度的关系:
E

σ ε0
en
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3.电荷在孤立导体表面上的分布规律:
分布是不均匀的，表面凸出的地方电荷面密度较大； 表面平坦的地方电荷面密度较小.
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三. 静电屏蔽
1.空腔导体将使空腔内空间不受外电场的影响;
2.接地空腔导体将使外部空间不受空腔内的电场的 影响
4.叠加原理
n
U Ui i 1
电荷连续分布的带电体：U

1 4πε0

dq r
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5.电势差：
b
UabUaUbaEdl
静电场中a、b两点的电势差Uab，等于把单位正电 荷从a移到b时电场力所作的功。
电场力作功： Aabq0(UaUb)
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1 ( ra
1 )
rb
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2.结论: 电荷在静电场中移动时，电场力对它所作的功只与
电荷的始、末位置有关，而与移动的具体路径无关.
静电场力沿任何闭合路径作功等于0，可推得 静电场的环路定理
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二.电势 电势差
1.电势能
电荷放在电场中具有电势能W 电场力对电荷做功
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整个电偶层在a点的电势: U ps 4 πε 0
表明：电偶层在某点产生的电势，只与层矩ps与电偶 层对该点所张立体角有关，而与电偶层的形状无关。
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5-3 细胞膜电位
膜电位：细胞膜内外之间的电势差。 形成机制: 1.膜内外离子浓度不同；
2.膜对不同离子通透性不同 U2-U1
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4. 叠加原理
E E1E2 En
连续分布的带电体： E dE
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三.电场线和电通量
1．电场线(也叫电力线) 性质:
a. 起于正电荷，止于负电荷(或无穷远)； b. 任意两条电力线都不相交。 c.静电场是有源场。
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2．电通量 均强电场：
e ES e EScosES
U iC l 6.5 1lg C C o i 6.5 1lg 140 08m 6 V
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5-4 心电图和心电向量
一. 心电的产生和心电偶
1.心肌细胞的电偶极矩
a. 无刺激时, 对外呈电中性。医学上,静息时的电荷分布称为 膜的极化;
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b.细胞受刺激时，膜对离子通透性改变，心肌细胞类似一变化 电偶极子，电偶极矩是变化的，这一过程称为除极；
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(1)瞬时心电向量
某一时刻所有心肌细胞的电偶极矩矢量和
瞬时心电向量的大小和方向均随时间不断作周期 性变化。
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(2)空间心电向量环 对瞬时心电向量进行平移,使箭尾收在一点,把箭头
按时间顺序描记连接成的轨迹。
(3) 平面心电向量环 空间心电向量环在某一平面上的投影。
临床上广泛应用的是标准十二导联系统。分为标准 导联、加压肢体导联和胸导联。
以R代表右臂，L为左臂，F为左腿。
1.标准导联I、Ⅱ、Ⅲ： 为双极肢体导联。 导联轴为：RL、RF、LF。
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2.加压肢体导联： 为单极肢体加压导联。 导联轴为：aVR、aVL、aVF。
3.胸导联： 为单极心前胸部导联。 导联轴为：V1、V2、V3、V4、V5、V6。
本章学习要点：
1. 主要内容以此为准； 2. 2. 图片参见课本或参考书； 3. 3. 课本没有的图片不作要求； 4. 本课件只供个人学习用，不外传以免纠纷。
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5-1 电场强度和高斯定理
一.库仑定律
1．电荷：物质的带电属性； 2．点电荷：忽略大小和形状的带电体。 3．库仑定律
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不均匀电场：
esd esE co d S ssΕ d S
闭合曲面：
esEco dsSsEdS
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1四.推.高导斯：定理
1.推导 表明：由点电荷发出的通过闭合球面的e与球面半径无关.
2.高斯定理表述
N
e
EdS s
结论： E的大小：与场点到平面的距离无关； E的方向：垂直于带电平面；
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练习题：
试求无限长均匀带电细棒在空间产生的电场，设 电荷线密度为λ。
(答案：E=/20r)
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5-2 电势
一.静电场力做功
1.点电荷q电场： 对试探电荷q0作的功为
Aa
b4qπ0qε0
一. 能斯特方程
U2U12.3Z RF TlgC C12
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二.细胞静息电位
人体神经细胞膜内外离子浓度. 在人体T=310K时，将数据代入能斯特方程得各 种离子的平衡电位为：
U iNa6.1 5lgC C o i 6.1 5lg 1 14 02 7m 1 V U iK 6.5 1lgC C o i 6.5 1lg 1541 8m 9 V
2.带电电容器中的电能：W 1 εE2Sd
2
3.电场的能量与能量密度
能量密度： w 1 εE 2
2
电场的能量：W


V
1 2
εE2dV
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5-5 静电场中的导体
一.导体的静电平衡
1.静电感应
2.静电平衡
3.静电平衡条件:导体内任一点的电场强度都等于零
推论: a.导体是等势体,导体表面是等势面 b.导体表面的场强垂直于导体表面
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二.静电平衡时导体上电荷的分布
遵循以下规律： 1.导体所带电荷分布在导体表面.
i1
eii n1εq0i
通过任意闭合曲面的电通量，等于该面所包围电荷
的代数和除以0。
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3.高斯定理的应用
(1) 均匀带电球面的电场 设带电量为Q，则由高斯定理推得
1Q
E外
4πε0
r2
r＞R
EБайду номын сангаас= 0 r＜R
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(2)无限大均匀带电平面
E
2ε0
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二. 电介质中的电场强度
1. 介质中的电场
由于外场作用，介质中出现极化电场E’ E=E0+E‘
2. 电介质的相对介电常数
r =1+
E E0 εr
3. 电介质的介电常数
E

q 4πεr 2
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三.平行板电容器 静电场的能量
1.电容：两个带等值异号电荷的平行板导体
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二.电场 电场强度
1. 电场： 电荷在其周围空间所产生的特殊形态物质；
2. 电场强度： 定义：电场中某点的场强等于单位正电荷在该点受
力的大小；
匀强电场：各点的场强大小、方向均相同。
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3. 点电荷场强
E
1 4πε0
q r2
er
方向：q“+”E与r同向； q“-”E与r反向。
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