静电相互作用——Direct Sum和Swald Sum

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3D-QSAR

3D-QSAR

基于六氢吡啶结构的CCR5抑制剂
Hale Waihona Puke 所有的分子在Sybyl分子模拟软件包(Triops,Triops Inc.,USA)中 搭建或通过标准的碎片库组建而成。先用系统搜寻方法搜寻出化 合物的最低能量构象,然后在Triops力场中用共轭梯度最小化进 行优化。在分子场分析中,分子的叠合规则是影响计算结果的重 要因素。在这里,采用了两种叠合方法:1)骨架叠合。以生物 活性最好的化合物为模板,通过最小二乘法叠合优化其它分子公 共骨架中的原子坐标的均方根偏差(RMS),以得到最佳的叠合 方式。2)场叠合。首先计算出活性最好的化合物的立体场和静 电场,作为参考场,其它分子则在它们起始构象的基础上进行调 整,以尽可能地与模板分子场叠合
§5.4.3 CoMSIA简介 简介
比较分子相似性指数分析法 (Comparative molecular similarity indices analysis,CoMSIA)
CoMSIA同样需要分子活性构象的选择、分子叠合、建 立空间场范围以及数据相关等过程,活性构象的选择、 分子的叠合方式也同样会显著影响模型的预测能力
在CoMSIA中,由于采用了与距离相关的高斯函数 的形式,可以有效地避免在传统CoMFA方法中由 静电场和立体场的函数形式所引起的缺陷。由于 分子场能量在格点上的迅速衰减, 不再需要定义 能量的截断值。在一般情况下,CoMSIA会得到更 加满意的3D-QSAR模型
选择91个基于六氢吡啶结构的CCR5抑制剂进行构效关系研 究,采用了CoMFA和CoMSIA两种分子场分析方法。
5、用PLS建立分子场与生物活性之间的关系,并用交 叉验证来检验PLS得到的模型的可靠性
PCA vectors PLS vectors

ch8第二节 静电的产生、聚积与消散

ch8第二节 静电的产生、聚积与消散

第二节静电的产生、聚积与消散一、静电的产生本节主要讨论固体、流体和气体静电的产生和主要影响静电产生的有关因素。

1.固体静电(1)接触分离起电金属材料间的接触起电现象。

两种不同的固体材料相互接触时,在它们之间的距离达到或小于25埃(10-10m)时,在该接触面上就会发生电荷的转移,其中一种物质的电子会传给另一种物质。

结果是失去电子的物体带正电,得到电子的物体带负电,这就是接触带电现象。

(2)物理效应起电①压电效应。

晶体在受外应力作用下,其原来正、负离子排列成不对称点阵的材料,应力作用下产生了电偶极矩,并进行内部的定向排列。

对于不对称的晶体受到应变后,由于受到不对称内应力的作用,离子间产生不对称的相对移动,结果产生了新的电偶极矩和面电荷,这种现象称为压电效应。

②热电效应。

当给某些晶体加热时,则加热端会带正电荷,未加热端带有负电荷。

如果在给晶体介质冷却时,其两端也会带有相反符号的电荷,这种现象称为热电现象。

③感应带电。

感应带电一般是指静电场对金属导体的感应带电现象。

这是因为在外电场力的作用下,导体上的电荷发生了再分布,从而使导体的局部或整体带上不能流动电荷的现象。

2.液体静电的产生(1)液体流动带电流动带电是指电阻率较高的液体,在使用金属配管进行输送时,所产生的一种带电现象。

通常在液体内部存在着杂质离子。

于是在液体和金属导管的接触面上,液体中正、负离子任意较多的一方被吸附在金属管壁,形成电偶层,正如图8—1中所示,在紧贴管壁一方,厚度有一个分子层的电荷层,为几十到几百个分子大小的油层内,有等量的扩散电荷存在。

而在配管轴心部位的一部分离子,将被液流所带走。

这就形成所谓的流动带电。

++ + + + + + + + + + + +液体流向——————————+ + + + + +++ + + + + + + + + + + +图8—1 液体在管道内流动时的静电(2)液体——气体界面起电水是极性分子,它和其他液体分裂成水雾或发泡时,会产生大量的静电和较高的电位。

高等工程热力学——第七章

高等工程热力学——第七章

第七章实际气体状态方程7—1气体分子之间的作用力实际气体的区分实际气体的状态不符合关系的主要原因是,由于理想气体的模型和状态方程,是在假定气体分子不占有容积,气体分子之间没有相互作用力的基础上建立的。

而实际气体分子却占有容积,并且分子间有相互作用力,这使得实际气体不能完全符合理想气体状态方程。

范德瓦尔斯引力:气体分子相距较远时相互吸引,相距很近时相互排斥。

分子间引力主要包括三个方面:即静电力、诱导力和色散力。

①静电力(葛生力)指分子的永久偶极矩间的相互作用。

1912年葛生提出,范德瓦尔斯引力就是极性分子的偶极矩间的引力,作用力的大小和性质与它们的相对方向相关。

当两个偶极矩方向相同时,相互作用势能为负,并达到最小值;当两个偶极矩的方向相反时,相互作用势能为正,并达到最大值。

如果、在各种相对方向出现的几率相同,则相互作用平均势能=0.然而,按照波尔兹曼分布定律,温度越低,和在低势能的相对方向出现的可能性越大,因此对各种方向加和后,平均静电相互作用势能0,而是式中r为两偶极矩的中心距离,k为波尔兹曼常数。

②诱导力(拜得力)是指被诱导的偶极矩与永久偶极矩间的相互作用。

拜得注意到,一个分子的电荷分布受到其他分子电场的影响,因为提出诱导力。

永久偶极矩与被其诱导的偶极矩之间的相互作用为诱导作用。

诱导作用不仅发生在极性分子与非极性分子之间,也发生在极性分子和极性分子之间。

不同分子间的诱导相互作用势能为③色散力(伦敦力)是指诱导偶极矩之间的相互作用。

在某一瞬间,电子环绕核可以是非对称分布的,原子具有瞬时偶极矩,它产生的电场将会使邻近分子极化。

两个诱导偶极矩之间的相互作用表现为相互吸引,这就是色散作用。

色散力产生的相互作用势能可近似为式中是1、2的电离能,是它们的极化率,r是分子中心距离。

范德瓦尔斯引力的特性有:①它是存在于分子或原子间的一种作用力。

②它是吸引力,作用势能的数量级为0.41868-4.1868J/mol.③范德瓦尔斯引力的作用范围约为3-5*m.④范德瓦尔斯引力最主要的色散力。

高等工程热力学——第七章

高等工程热力学——第七章

第七章实际气体状态方程7—1气体分子之间的作用力实际气体的区分实际气体的状态不符合关系的主要原因是,由于理想气体的模型和状态方程,是在假定气体分子不占有容积,气体分子之间没有相互作用力的基础上建立的。

而实际气体分子却占有容积,并且分子间有相互作用力,这使得实际气体不能完全符合理想气体状态方程。

范德瓦尔斯引力:气体分子相距较远时相互吸引,相距很近时相互排斥。

分子间引力主要包括三个方面:即静电力、诱导力和色散力。

①静电力(葛生力)指分子的永久偶极矩间的相互作用。

1912年葛生提出,范德瓦尔斯引力就是极性分子的偶极矩间的引力,作用力的大小和性质与它们的相对方向相关。

当两个偶极矩方向相同时,相互作用势能为负,并达到最小值;当两个偶极矩的方向相反时,相互作用势能为正,并达到最大值。

如果、在各种相对方向出现的几率相同,则相互作用平均势能=0.然而,按照波尔兹曼分布定律,温度越低,和在低势能的相对方向出现的可能性越大,因此对各种方向加和后,平均静电相互作用势能0,而是式中r为两偶极矩的中心距离,k为波尔兹曼常数。

②诱导力(拜得力)是指被诱导的偶极矩与永久偶极矩间的相互作用。

拜得注意到,一个分子的电荷分布受到其他分子电场的影响,因为提出诱导力。

永久偶极矩与被其诱导的偶极矩之间的相互作用为诱导作用。

诱导作用不仅发生在极性分子与非极性分子之间,也发生在极性分子和极性分子之间。

不同分子间的诱导相互作用势能为③色散力(伦敦力)是指诱导偶极矩之间的相互作用。

在某一瞬间,电子环绕核可以是非对称分布的,原子具有瞬时偶极矩,它产生的电场将会使邻近分子极化。

两个诱导偶极矩之间的相互作用表现为相互吸引,这就是色散作用。

色散力产生的相互作用势能可近似为式中是1、2的电离能,是它们的极化率,r是分子中心距离。

范德瓦尔斯引力的特性有:①它是存在于分子或原子间的一种作用力。

②它是吸引力,作用势能的数量级为0.41868-4.1868J/mol.③范德瓦尔斯引力的作用范围约为3-5*m.④范德瓦尔斯引力最主要的色散力。

静电复印原理

静电复印原理

静电复印原理《Concepts of Basic Xerography》富士施乐PCO授权维修站基础培训教材编译: Michael Liu2007年6月第一版序1938年10月22日, 静电复印之父切斯特·F·卡尔逊在纽约市的阿斯多利亚(Astoria)的简陋实验室做出了第一张静电复印图像. 当时卡尔逊所采取的复印方法被称为”卡尔逊法”.这本手册是基于RANK XEROX的<<Concepts of Basic Xerography>>的中文译本, 它详细讲述了卡尔逊静电复印方法的基础原理和工作过程. 这本手册的阅读对象是所有从事OA行业技术服务的工作人员.由于编译时间比较仓促, 加之本人水平有限, 手册中难免有遗漏错误之处, 请读者发现后不吝赐教, 可发邮件到Michael.liu.csso@ , 非常感谢.Michael Liu2007/5/31作于上海前言 (6)1.静电原理简介 (8)静电原理 (8)绝缘体, 导体和半导体 (9)电场强度 (9)接地 (10)练习题 (12)练习题答案 (13)2.感光体简介 (14)底基 (14)光导层 (15)有机化合物 (15)硒合金 (15)光导体特性 (16)光谱响应 (16)打印机的光谱响应 (16)复印机的光谱响应 (16)照相速度 (18)暗衰速率 (18)疲劳反映 (18)耐用性 (19)结晶 (19)小结 (19)练习题 (20)练习题答案 (21)3.充电简介 (22)用电极丝充正电 (22)用双极电极丝充电 (24)用带栅极的电极丝充负电 (24)小结 (27)练习题 (28)练习题答案 (29)4.成像简介 (30)复印机的成像 (30)稿台玻璃 (30)曝光灯 (31)透镜 (31)SELFOC 透镜 (33)缩放 (34)边缘消电和稿间消电 (34)杂散光 (34)带式扫描 (34)方法1 (35)方法2 (35)方法3 (35)方法4 (35)快速成像 (35)激光打印机成像 (36)激光器 (37)气体激光器 (37)半导体激光器 (37)多边形表面 (37)同步 (38)透镜 (38)平面镜 (38)小结 (38)练习题 (39)练习题答案 (40)5.曝光简介 (41)给带正电的感光体放电 (41)给带负电的感光体放电 (42)小结 (43)练习题 (44)练习题答案 (44)6.显影简介 (45)感光体充正电的双组分显影 (45)显影剂充电 (46)粉 (46)载体 (46)粉密度 (47)下粉 (47)下粉控制 (47)下粉机构 (48)显影剂传输系统 (48)磁辊显影 (48)给磁辊加偏压 (49)偏移挡板 (50)显影电极 (50)感光体充负电的单组分显影 (50)粉的充电和移动 (51)粉到潜像的转移 (51)打印浓度控制 (52)小结 (52)练习题 (54)练习题答案 (55)7.转印简介 (56)粉的转移 (56)预转印 (57)纸张分离 (57)分离机构 (57)分离电极 (57)小结 (58)练习题 (59)练习题答案 (60)8. 定影简介 (61)热辊定影 (61)热辊 (62)压辊 (62)定影器润滑/清洁组件 (62)纸张分离组件 (62)冷轧定影 (62)热辐射定影 (63)化学溶融定影 (63)小结 (64)练习题 (64)练习题答案 (64)9.清洁简介 (65)移粉 (65)减少电荷 (65)清洁刮板 (65)软刷 (66)磁刷 (66)粉的废弃或回收 (66)粉回收 (67)清除余电 (67)小结 (67)练习题 (68)练习题答案 (68)10.过程的相互作用简介 (69)例子1: 感光体充正电, 双组分显影的复印机 (69)充电 (70)成像 (71)曝光 (71)显影 (71)转印 (72)定影 (72)清洁 (72)例子2: 感光体充负电, 单组分显影的激光打印机 (72)充电 (73)成像 (73)曝光 (73)显影 (74)转印 (74)定影……………………………………………………………………………………清洁……………………………………………………………………………………复印机是将原稿进行拷贝的机器, 而电子打印机是把计算机数据转换成文档的机器. 复印机和打印机都由复杂系统组成, 这个系统将纸送进机器并在纸上生成一个永久的图像, 最后将打印品或者复印品输出.这些机器的核心是制作永久图像的过程, 一个基于静电复印原理的流程.这本书将向你介绍静电复印的7大步骤(如图1). 它以通俗易懂的语言详尽地解释了静电复印的过程, 以及使这些过程协同工作的原理.静电复印由一个7个过程的系统和相关设备组成, 它围绕这一个叫做感光体的设备来进行. 这些过程和其所涉及的设备相互关联, 而且, 这些过程同时进行. 因此, 这七个步骤都必须正常运行, 才能获得良好的打印或复印质量. 当你仔细阅读这本书后, 你就会更加明白这种相互关系.1 充电充电过程让感光体做好准备, 在充电过程中, 感光体表面将形成一层均匀电荷.2 成像成像过程将计算机数据或者原稿转换成光学的图像或者被投射的图像.3 曝光曝光过程使感光体上的电荷量按照要打印的图像进行变化.曝光以后, 感光体上代表线条, 字母和其它格式的图像区域的电荷量和没有图像的区域的电荷量将不同.4 显影显影过程将墨粉存储在感光体上对应图像的区域. 这需要首先给墨粉充电. 显影之后, 感光体上将可以看到墨粉图像.5 转印转印过程将纸张带到与感光体接触并把墨粉转移到纸上. 转印过程涉及给纸张加电, 使得粉不再吸附在感光体上, 而是被吸引到纸上. 转印后, 大部分墨粉图像转移到纸上, 而不是感光体上.6 定影定影过程将墨粉颗粒熔化, 使得墨粉渗入纸张纤维. 定影之后, 图像将变成永久性.7 清洁清洁过程将感光体上所有剩余墨粉清除, 并确保感光体已经为下一次充电做好了准备. 清洁的过程涉及两个步骤: 使用光或者电极来中和残留电荷, 并机械清除所有残留墨粉.这七大步骤是静电复印的核心. 市场上现在有大量的复印机和打印机, 各种机器的流程也不尽相同. 但是, 除了成像过程外, 打印机和复印机的其它过程都是类似的. 这本手册详细解释了这些基本过程, 它将使你熟悉当今市场上打印机和复印机的最常见的设计方法.这本手册分十个章节. 第一章解释了静电学的基本理论, 这是静电复印的基础. 第二章是关于感光体, 静电复印系统的核心组件. 接下来的七个章节将逐一详细解释静电复印的七大步骤. 最后一章, 过程的相互作用, 讨论了这些过程如何相互联系, 并讨论了静电复印过程中可能出现的问题, 还描述这些问题的症状. 每一个章节后面都有一个简单的练习, 来帮助你了解自己在学习下一章之前, 是否已经掌握本章节内容.读完这本书并且完成练习题后, 你应该能够做到如下几点:1)解释在静电复印中运用的基本静电原理;2)列举静电复印的主要步骤3)解释不同阶段是怎样影响打印/复印质量的简介图1-1 显示了打印机和复印机模型中与静电复印相关的组件.其中有五个过程, 充电, 曝光, 显影, 转印, 清洁, 都与感光体相关. 它们涉及到在感光体上形成潜像, 将粉施加到感光体上, 将图像转移到纸上, 以及把所有残留的粉从感光体清除. 这五个过程, 是通过控制感光体和墨粉上的静电电荷来实现的. 即控制正电荷和负电荷, 这些静电原理的基本组件.静电原理静电原理是研究正电荷荷和负电荷移动的理论. 因为这些电荷不能被肉眼看到, 所以理解下面的知识时可能需要运用一点想像力.所有的物质, 包括我们周围的空气, 都是由原子构成. 因此, 理解静电原理需要从解释原子开始. 原子由带正电荷的原子核即质子和绕着原子核做轨道运动的负电荷即电子组成.通过控制电子和质子的电荷平衡, 物质会总体呈现出正电或者负电. 带有相同数量的电子和质子的物质被认为是电中和或者电平衡(如图1-2).而物质中的电子和质子的电平衡将会被增加额外电子或者取走一些电子打破. 为了改变这种平衡, 需要对物质加上一定数量的额外能量. 如果原子获得一个电子, 那么原子将带上负电; 如果原子失去一个电子, 质子的数量要多, 所以原子将带上正电(如图1-3). 一个带电的原子被称为离子.静电原理中有一个基本特性: 电荷同性相斥, 异性相吸(如图1-4). 而带电物体间形成的力叫做静电场. 在静电复印中, 电子的移动将产生吸引或者排斥的电场. 这些电场将把粉放到需要它的地方, 并将粉从不需要它的地方清除.到目前为止, 我们都讨论的是单一原子的电荷. 但在现实中, 我们处理的不是一个原子而是分子, 分子是由很多原子构成. 当电子从一个分子离开后, 它将移向另外一个分子.这意味着电子被迫离开轨道后, 不仅会使施主分子拥有过剩的质子, 还会使其它分子拥有过剩的电子.在我们了解了感光体表面的电荷发布情况以及感光体的结构后, 电子移动的作用将变得更加重要.绝缘体, 导体和半导体在分子内部能在原子间移动的电子的数量取决于物质的特性和施加到物质上用来移动电子的外力.在一些物质中, 比如铜和铝, 电子的移动相对比较容易. 这些材料被称为导体. 导体需要较少的外力就可以使电子移动.在其它物质中, 比如玻璃或橡胶, 电子很难进行移动. 这些物质被称为绝缘体, 或者电介质. 必需要施加很大的外力才能使它们的电子移动.还有一些物质, 比如硒, 硅和许多的有机化合物既可以是导体也可以是绝缘体, 这取决于当前的条件. 这些物质叫做半导体. 在有光或无光的情况下表现为导体或绝缘体的物质被叫做光导体. 但是, 在任何情况下, 半导体都不会是一个完美的绝缘体或者完美的导体.静电复印的感光体是由光导材料制成. 你在学习静电复印的过程中将会了解如何利用光导体的特性.电场强度电场强度用来测量带电物体间相互吸引和排斥的力量. 有两个变量影响电场强度, 第一个变量是距离. 当带电物体相距较近, 电场强度变得更强, 反之更弱. 第二个变量是每个物体的电荷的大小, 如果物体带上的电荷更多, 相应地电场强度更强.带电物体通常会同时受到多个电场的作用. 物体中的电荷如何移动取决于所有电场的相对电场强度.接地如果一个物体形成了电荷或者暴露于过量的电荷, 它将试图通过电子移动来保持电中和. 而地面则为电子提供一个可以从物质往返移动的通道, 以此来保持物质的电中和.让我们假设一下一个没接地的导体被放置在一个充正电的物体旁(图1-5).此时导体中的电子将要重新排列来与附近的电荷进行匹配, 这样在导体和充正电的物体间产生了一个静电场. 这个变化使导体中的一些质子缺少了电子, 导体带上正电荷. 而导体内部的电子和质子间的电场将会减弱第一个电场的强度.现在, 让我们看看在相同的情形下如果导体接地会怎样变化(如图1-6). 同样, 我们从导体靠近一个带正电的电场开始, 导体的电子重新排列. 但是这一次, 电子能够从地面来补充物质由于电子迁移而带来的正电荷. 因为这些原子是中性的而不是正离子, 所以原子和重新排列的电子之间的电场非常微弱. 这样电子和原始正电荷的电场将比前面更强.练习题1.在原子中的带负电的微粒的名称下面划线.a)中子b)质子c)电子2.在静电场的定义下划线.a)电子绕原子旋转的路径b)带电物体之间的形成的力量c)将质子保持在一起的结合力3.写出影响电场强度的三个主要变量.a)__________________________________b)__________________________________c)__________________________________4.写出受电场强度影响的五个静电复印的过程a)____________________________________b)____________________________________c)____________________________________d)____________________________________e)____________________________________5.在静电原理中接地的作用下划线.a)提供外力使半导体从绝缘状态转换到导体状态b)将电子从质子拉走从而获得正离子c)提供一个路径使电子可以从物体上来回移动以维持电中和练习题答案1.在原子中的带负电的微粒的名称下面划线.a)中子b)质子c)电子2.在静电场的定义下划线.a)电子绕原子旋转的路径b)带电物体之间的形成的力量c)将质子保持在一起的结合力3.写出影响电场强度的三个主要变量.a)__________电荷间的距离______________________b)__________电荷强度__________________________c)__________带电物体的形状____________________4.写出受电场强度影响的五个静电复印的过程a)充电____________________________________b)曝光____________________________________c)显影____________________________________d)转印____________________________________e)清洁____________________________________5.在静电原理中接地的作用下划线.a)提供外力使半导体从绝缘状态转换到导体状态b)将电子从质子拉走从而获得正离子c)提供一个路径使电子可以从物体上来回移动以维持电中和简介为了理解感光体的重要作用, 我们将重温一下静电复印的7大步骤(如图2-1). 每个过程都会产生一个输出:充电: 感光体上被充上一层均匀的电荷成像: 图像被投射到感光体上曝光: 感光体上获得静电潜像显影: 感光体上出现墨粉图像转印: 墨粉图像从感光体转移到纸上清洁: 清洁感光体你可以看出, 上面六个输出都在或多或少与感光体有关. 所以理解感光体的结构非常重要.在充电过程中, 感光体必须能够在暗处接收和保持电荷. 此时它必须充当一个绝缘体. 在曝光过程中, 感光体必须在曝光的区域放电, 这是它应该充当一个导体. 这意味着感光体必须由光导材料做成.然而, 感光体必须被建成能控制电子的移动. 换句话说, 感光体的结构必须允许电荷能在不同条件下和不同时刻进行布置, 保持和释放.为了实现对电子移动的控制, 感光体不仅仅由光导材料构成. 相反, 感光体至少由两层组成: 底基和光导层.底基底基有四个主要功能. 其中三个功能对于充电, 曝光和清洁过程具有重要的作用, 这要求底基是一个良导体.1.底基有助于在感光体表面维持一层均匀的电荷;2.底基有助于控制感光体电荷的电场强度3.底基给感光体提供电气上的接地底基的第四个功能是物理上的.它给薄薄的光导层提供了一个坚实的基座.大多数的感光体的底基由铝组成. 铝是一种良导体, 而且它的提炼, 加工, 抛光和清洁的成本比其它大多数导体要低.光导层光导层是感光体的最重要部分. 正是通过这一层, 电荷在曝光时移动. 你将在后面的章节中更了解这一点.当前有好几种不同的材料可以被用来制成光导层, 比如硒合金, 砷硒化合物, 硫化镉, 无定形硅和很多的有机化合物.最常见光导材料是有机化合物和硒合金. 我们的讨论只限于这些材料.有机化合物有机化合物的定义是基于碳的化合物. 不同的复印机打印机厂商会采取不同的有机化合物. 大多数有机光导层具有两层结构: CGL(电荷生成层)和CTL(电荷传输层)(如图2-2).最接近底基的层次是电荷生成层, 这一层包含了在感光体充当导体时自由移动的电子.而最顶层(表层)叫做电荷传输层. 感光体充电时, 感应电荷就存在于电荷传输层.有机感光体在光导层和底基之间有一个额外的阻挡层. 这个Barrier(阻挡层), 有时也叫做Under Layer(下层), 防止底基和光导层之间的电子的自由漂移.硒合金硒被用作很多光导层的材料, 而复印机中用得比打印机中多. 但是由纯硒制成的光导体却不具备获得长期的优良的复印/打印质量的特性. 所以, 光导层通常是由硒和其它材料的合成材料制作而成, 比如砷, 锑, 碲.基于硒的感光体有一个叫做Trapping Layer(阻挡层)的顶层(如图2-3). 当感光体的最顶层和空气接触后就产生了这一层. 阻挡层防止光导层的分子间的电子自由移动. 在效果上, 阻挡层在光导层的表面形成了一个绝佳的绝缘层.光导体特性光导体有很多特性, 这些特性在设计者选择打印机或复印机的感光体时必须考虑. 选择的感光体必须能够支持系统的工作速度, 并与成像方法, 曝光方法和显影方法匹配.在本章中, 我们将讨论感光体的六个主要特性: 光谱响应, 照相速度, 暗衰速率, 疲劳反映, 耐用性, 结晶.光谱响应光谱响应, 有时也叫做色彩响应, 指的是感光体对色彩频谱与光线频谱的捕捉和反应能力. 我们看到的颜色都有一个相应的波长. 例如, 红色的波长是700埃(注: 一埃等于一亿分之一厘米), 蓝色波长430埃, 等等.所以, 从技术角度来说, 光谱响应指的是光导体对于不同波长的光的反应能力. 没有一个感光体对于所有波长的反应是相同的. 例如, 一些复印机对于蓝色就不反应. 在这些复印机中, 蓝色的原稿就复印不出来. 另外一些复印机对于黄色很敏感, 如果原稿的纸是黄色的, 复印的东西上就会有一层灰色或者黑色的底灰.在打印机中, 选择曝光元件时必须考虑光导体的光谱响应.例如, 在激光打印机中, 曝光元件是激光器. 大多数激光器是单色光的, 即大多数激光器发出的是单波长的能量. 激光束的波长要与感光体的最佳光谱响应匹配.在复印机中, 光谱响应的作用更加重要. 假设原稿上有彩色, 感光体应该能将彩色转换成相应浓度的黑色或灰色. 理想的情况是感光体应该对整个光谱的彩色进行同样反应.在复印机中, 原稿的图像是通过曝光灯发出的光以及平面镜, 透镜被投射到感光体上. 因此, 我们将通过讨论光来开始讨论光谱响应.当一束白光通过一个三棱镜后, 白光将被分解成几个可见的色带. 色带中的每种颜色都有一个响应的波长(如图2-4). 色带中包含的颜色取决于光源的种类. 一般来说, 我们谈论的是包含了可见色谱中大多数颜色的白光. 更加特别地, 我们谈论的是包含三原色(红, 绿, 蓝)的光线.三大因素构成我们观察彩色世界的能力.首先是”白光”光源, 它能在物体上投射色彩的整个光谱. 第二是物体, 它反射一些波长的能量而吸收另外一些波长的能量. 第三是人眼, 它对红色, 绿色和蓝色等彩色进行反应.假如我们正在看一只红苹果.图2-5显示了实际上发生了什么. 一束白光投射到苹果上, 苹果的表面吸收了除红光波长以外的所有波长. 红光的波长被反射到我们的眼睛, 我们的眼睛看见了红光, 所以我们观察到这些波长以及苹果是红色的.同理, 复印机中使用了类似的基本观察过程. 只不过复印机中不是人眼对物体反射的色彩波长进行反应, 而是感光体对原稿反射的光波长进行反应.所谓感光体对被投射的彩色波长及相应能量级的反应, 就是指它基于光导材料对每个能量级的敏感度对光导层进行放电.为了让原稿被投射到感光体上, 它必须用一个光源来照明. 这个光源一般是由一个或多个曝光灯来提供.我们说过白光包含了可见光的整个波长, 同时我们假设白光包含等量的各种颜色. 在我们的苹果的例子中, 如果光线中不包含红光, 那么就不会有红色的波长被反射到我们的眼睛里, 我们也不会看到一只红苹果.大多数的灯里包含的各种颜色的数量实际并不相等, 灯有不同的光谱分布. 曝光灯的光谱分布必须和感光体的光谱分布匹配. 我们来看一个假设的例子(如图2-6).我们有一只包含很少的蓝光的灯. 为了让感光体对这个微弱的蓝光进行反应, 光导体对蓝光的敏感性应该要极高.同时假设我们的灯还拥有超量的黄光, 所以感光体对黄色的敏感度可以较低. 因为投射到感光体上的黄光数量很多, 感光体仍然可以反应.因此, 一个理想的曝光灯是灯的光谱分布特点能够补偿感光体的光谱分布特点(如图2-7). 这将保证副本能够按照彩色原稿把图像的相对浓度体现出来.照相速度感光体的照相速度是用来测量在一定的时间内, 在一定的光强度下感光体的电荷损失.在静电复印中, 充电的感光体是选择性地被曝光, 电荷从感光体上被光照射地区域被带走. 为了获取一个良好的复印/打印效果, 感光体的曝光区域必须在曝光时间内进行有效放电.因此, 感光体的照相速度直接影响到曝光组件的类型和强度, 以及曝光时间.在激光打印机中, 激光束的强度被调节到与感光体的照相速度相匹配.在复印机中, 感光体的照相速度直接影响曝光灯的类型. 曝光灯必须在一段时间内投射一定强度的光. 同时, 因为曝光灯会日益老化, 这将反过来影响曝光灯输出的强度和均匀性, 所以需要定期更换.照相速度还会受感光体的寿命和状况的影响.暗衰速率虽然感光体在黑暗中充当一个绝缘体, 但是它不是一个完美的绝缘体. 在黑暗中一些保持的电荷将会泄漏. 这种电荷损失叫做暗衰. 在一定时间内电荷泄漏的数量被称为暗衰速率.有一种确认暗衰速率的方法是测量一只充电感光体泄漏掉一半电荷需要的时间. 这个速率在不同的感光体上是不一样的, 这取决于感光体的类型和状况.疲劳反映连续快速的多次曝光会降低感光体移除表面多余电荷的能力. 这种放电能力降低的现象叫做疲劳反映.感光体疲劳的速率仍然是由光导层的材料决定.当感光体被暴露在强光下, 比如太阳光下时, 疲劳反映是一个严重的问题. 强光能使电子离开光导体原子太远以致在静电复印过程中不能被取回.疲劳反映在高速复印机和打印机中成为一个关键因素. 高速设备的感光体必须要有一个很弱的疲劳反映, 以应付连续不断的快速曝光.疲劳反映在维护复印机或者打印机时也是一个重要的考虑点. 如果感光体被暴露在室内光线下太久, 在它们正常工作之前需要在暗处放置一段时间. 这样会允许电子返回光导体原子.耐用性所有的东西都会损耗. 感光体也一样. 抵制磨损的能力叫做耐用性.感光体可能会被化学物质损坏, 比如润滑剂, 熔剂, 或者手指上的油; 也会被热损坏; 或者仅仅因为不断地与纸张和显影剂接触而损伤; 这些磨损将被转换成复印或者打印副本质量故障.感光体的故障包括光导层的划伤或磨损, 表层形成涂膜, 氧化(感光体和环境的化学反应), 快速结晶.结晶基于硒的感光体容易受一个叫做结晶的化学过程的影响. 在结晶过程中, 硒分子从一个松散的随机的排列变成一个几何图案(如图2-8).结晶对硒作为光导体的能力有着负面影响. 如果完全结晶, 感光体不再容易被充电. 结晶对光谱响应和照相速度有着直接影响. 这将使复印打印质量变差.结晶是一个自然过程, 它不能消除.结晶会因为热, 硒的缺陷, 比如划伤或者接触到化学污染物, 都会加速感光体的结晶. 因此, 通过正确地使用和储存感光体, 结晶过程会被减速.小结静电复印的过程是围绕着感光体展开的. 感光体的形状多种多样, 常见的是鼓状或者带状. 不管形状如何, 感光体至少包含两层: 底基和光导层.底基是接地的, 它给感光体提供电子来源, 并且充当物理的支撑.而光导层的结构在不同系统中各不相同. 最常见的类型是有机感光体和基于硒的感光体.根据制作材料不同, 感光体有若干性能参数.光谱响应指感光体感受彩色光谱以及相应波长的能力.照相速度测量的是光导体在一定时间内在一定光线强度下曝光时放电的数量.暗衰速率测量感光体在黑暗中经过一定时间后电荷的损失量.疲劳反映指感光体移除多余电荷的能力被减弱.耐用性是感光体抵制磨损的能力.结晶涉及到光导体分子的结构由随机排列变成几何图像, 尤其在硒合金中.。

【初中物理】初中物理静电学辅导笔记

【初中物理】初中物理静电学辅导笔记

【初中物理】初中物理静电学辅导笔记【—静电学知识】静电学要领:当把数学引入到电现象的研究中去时,一门新科学即静电学兴起了。

静电学是研究“静止电荷”的特性及规律的一门学科,是电学的领域之一。

静电是指静电荷,是称呼电荷在静止时的状态,而静止电荷所建立的电场称为静电场,是指不随时间变化的电场。

该静电场对于场中的电荷有作用力。

静电现象在公元前六世纪,人类就发现琥珀摩擦後,能够吸引轻小物体的「静电现象」。

这是自由电荷在物体之间转移後,所呈现的电性。

此外丝绸或毛料摩擦时,产生的小火花,是电荷中和的效果。

「雷电」则是大自然中,因为云层累积的正负电荷剧烈中和,所产生的电光、雷声、热量。

静电现象包括许多大自然例子,像塑胶袋与手之间的吸引、似乎是自发性的谷仓爆炸、在制造过程中电子元件的损毁、影印机的运作原理等等。

当一个物体的表面接触到其它表面时,电荷集结於这物体表面成为静电。

虽然电荷交换是因为两个表面的接触和分开而产生的,只有当其中一个表面的电阻很高时,电流变的很小,电荷交换的效应才会被注意到。

因为,电荷会被入陷於那表面,在那里度过很长一段时间,足够让这效应被观察到的一段时间初一。

静电现象是由点电荷彼此相互作用的静电力产生的。

库仑定律专门描述静电力的物理性质。

在氢原子内,电子与质子彼此相互作用的静电力超大於万有引力,静电力的数量级大约是万有引力的数量级的 40 倍。

基本概念库仑定律静电学最基本的定律是库仑定律。

一个点电荷 q作用於另一个点电荷 Q 的静电力 F,可以用库仑定律计算出来。

点电荷是理想化的带电粒子。

在这?,称点电荷 q 为源点电荷,称点电荷 Q 为检验电荷。

静电力的大小跟两个点电荷之间的距离的平方成反比,跟 q 、Q 的乘积成正比,作用力的方向沿连线,同号电荷相斥,异号电荷相吸:其中, C2N-1m-2是电常数, r是从源点电荷 q 指向检验电荷Q 的向量,r 是其单位向量。

电场 E 定义为作用於一个检验电荷 Q 的静电力 F 除以 Q:知识总结:在静电学的确立过程中,普利斯特列、卡文迪许和库仑做出了重要的贡献。

大学物理静电学总结

大学物理静电学总结

大学物理静电学总结静电学是物理学中的一个重要分支,主要研究静止电荷之间的相互作用和电荷分布规律。

在大学物理课程中,静电学通常是一个重要的章节,涵盖了基本概念、定理、公式和应用。

本文将简要总结大学物理静电学的主要内容。

一、基本概念1、电荷:电荷是物质的基本属性,可以分为正电荷和负电荷。

电荷的量称为电荷量,用符号Q表示,单位为库仑(C)。

2、电场:电场是电荷周围存在的一种特殊物质,它可以对放入其中的电荷施加作用力。

电场强度E是描述电场性质的一个物理量,单位为牛/库仑(N/C)。

3、电势:电势是描述电场中某一点电场强度大小的物理量,用符号V表示,单位为伏特(V)。

4、电容:电容是描述电容器储存电荷能力的物理量,用符号C表示,单位为法拉(F)。

5、静电荷分布:静电荷分布是指电荷在空间中的分布情况,可以用电荷密度、电荷线密度和电荷面密度来描述。

二、基本定理和公式1、高斯定理:高斯定理表明,穿过一个封闭曲面的电场强度通量等于该曲面内电荷量的代数和除以真空介电常数。

2、静电场基本方程:静电场基本方程表明,电势V和电场强度E之间存在关系▽·E=ρ/ε0和▽×E=0,其中ρ表示电荷密度,ε0表示真空介电常数。

3、静电场中的能量:静电场中的能量可以用电势能EP和电场能量WE来表示。

其中,电势能EP=QV,电场能量WE=1/2ε0E²。

4、电容器的充电和放电:电容器的充电过程是指将电荷加到电容器两极板上,放电过程是指将电荷从电容器两极板上移走。

充电和放电过程中,电流I与电压U之间存在关系I=dQ/dt=U/R和U=dQ/dt=I×R,其中R表示电阻。

5、静电感应:当一个导体置于电场中时,由于静电感应,导体内部会产生相反的电荷分布,使得导体表面出现电荷。

静电感应的原理可以用安培环路定律和法拉第电磁感应定律来解释。

6、静电屏蔽:静电屏蔽是指将一个导体置于电场中时,由于静电感应,导体表面会产生相反的电荷分布,使得外部电场对导体内部的影响减弱。

10年静电场-电势-徐

10年静电场-电势-徐

a v θ E
q0
b
v dl
ϕ ϕ + dϕ
沿法线方向dϕ = −Edn
∂ϕ E =− ∂n
r ∂ϕ r E=− n 电势梯度矢量: gradϕ 或 ∇ϕ ∂n
电势梯度的大小等于电势在该点最大空间变化 方向沿等势面法向,指向电势增加的方向。 率;方向沿等势面法向,指向电势增加的方向。
v E = −gradϕ = −∇ϕ
ϕ=
q 4πεo x + a
2 2
8、 一半径 的圆盘,其上均匀带有 一半径R 的圆盘, 的电荷, 面密度为 σ 的电荷,求: 轴线上任一点的电势( 轴线上任一点的电势(用该点与盘 来表示) 心的距离 x 来表示). x R
.P
σ
已知: 已知:R、σ。 求ϕ 解: dq =σ2 r d r π
σ
§6.4 静电场的能量
6-4-1 点电荷系的电能
1 q1q2 外力的功: 外力的功:W = 4πε0 r
静电能: 静电能:
1 q1 W = W = q2 = q2V2 e 4πε0 r 1 q2 或 W = q1 = q1V e 1 4πε0 r
1 两个点电荷的相互作用能: 两个点电荷的相互作用能: We = (q1V1 + q2V2 ) 2
∂V ∂r
q 1 ( r 2 )= = 4πε o 4πε o r 2
[ 例2 ] 已知均匀带电圆环轴线上任一 点的电势,求轴线上任一点的场强。 点的电势 求轴线上任一点的场强。 求轴线上任一点的场强 已知带电圆环轴线上任一点的电势为: 解:已知带电圆环轴线上任一点的电势为: q q ϕ = 4ε o r = 2 2 1 2 π 4πε o ( x + R ) E = Ex = = q 4πε

hgq1.1 静电

hgq1.1 静电

第一节 静电的基本现象和基本规律
一、电荷 、电荷的基本特性

1. 两种电荷
1747年富兰克林(Benjamin Fraklin)发现了电,并命 名了正电和负电
富兰克林(1706-1790): 美国人
在全家17个孩子中排行15,其父是小手工业者,家境 贫困。他在10岁时缀学,12岁当印刷所学徒,阅读了 许多书籍,后来成为科学家和政治家。自己写的墓志 铭:“印刷工富兰克林”。 从苍天那里取得了雷电,从暴君那里取得了民权。— —杜尔格(法) 天上的电和地电是统一的吗? 费城实验 : 1752年7月,一个电闪雷鸣的上午,他将一 个风筝放到空中,风筝下有一根铁丝,铁丝下栓一根 麻绳,麻绳的下一端拴丝线,绳线接触处栓了一把钥 匙。 铜钥匙可以给莱顿瓶充电,与摩擦电性质完全相同 现象:麻绳上的纤维向四周自立,犹如“怒发冲冠”
静电力的叠加原理:
q3
1 q0 qi ˆ0i F0 F0i r 2 i 1 i 1 4 0 r0i
n n
rO 4
q4
rO 2
q2
• 说明: 虽然库仑定律是通过宏现带电体的实验研 究总结出来的规律,但物理学进一步的研 究表明:原于结构,分子结构,固体、液 体的结构,以至化学作用等问题的微观本
小插曲:
为了验证“地电”与“天电”的相同处,富兰克林想到雷可以击 死动物,于是他就实验用“地电”去击杀火鸡,结果被电打昏了。 苏醒后,却不介意地说:“我本想用电杀死一只火鸡,结果差点 电死了一个傻瓜。” 1753年,俄国的里赫曼在做大气电实验时不幸中电身亡,为科学 献身 发明避雷针: 科学兴趣广泛 命名了正电,负电,发现了电荷守恒定律,研究了火炉的改 良,植物的移植,传染病的防治 富兰克林是独立宣言和美国宪法的起草人之一,为祖国的独立和 解放作出了贡献的政治活动家。

物理 电磁学 第14讲 静电平衡时导体上电荷的分布

物理 电磁学 第14讲 静电平衡时导体上电荷的分布

e ˆn
S
e ˆn E
P
S
E内 0
s
sΔS EΔS 0
s E表面外 e ˆn
附近
E
= 0 s
s >0 s <0
? Es
0
E // e ˆn E // e ˆn
0
e ˆn
:外法线方向
注意
[例] 电荷面密度为 s 的无限大均匀带电平面两侧(或有限 大均匀带电面两侧紧邻处)的场强为 s/(20);静电 平衡的导体表面某处面电荷密度为 s,在表面外紧 邻处的场强为 s/0。为什么前者比后者小一半? 解:导体表面某处的面元 dS 处的面电 荷密度为s ,它在其两侧紧邻处 的场强为 E1 = E2 = s/(20 )。 除 dS 外,导体表面其它电荷 在 dS 内侧紧邻处的场强为 E3, 在外侧紧邻处的场强为 E4。 因为两个紧邻处相对于其它表 面可看成一个点,故 E3 = E4。
s1 s 2 s s2 E 2 0 2 0 2 0 0
s
P
s s 1 s 2 2s 2
3. 孤立导体处于静电平衡时,它的表面各处面电荷 密度与各点表面的曲率有关,曲率越大的地方 (表面凸出的尖锐部分),面电荷密度也大;曲率 为负(凹进去)的地方电荷面密度更小。
Q q 证明: 4π 0 R 4π 0 r
越小,内表面电荷越少
他测出不大于 0.02(未发表,100年以 后Maxwell 整理他的大量手稿,才将此结果公诸于世。)
2. 导体表面附近的场强大小 与表面电荷密度成正比 E Ee ˆn S E dS S E dS S S E dS
+ + + 等势体

大学物理电磁学知识点

大学物理电磁学知识点

大学物理电磁学知识点静电场中的知识点:静电场是指电荷分布不变的电场。

其中,XXX是指单位正电荷所受到的力,其公式为E=F/q。

场强叠加原理指在同一点上受到多个电荷的作用时,场强等于各个电荷场强的矢量和。

点电荷的场强公式为E=q/(4πεr^2)。

用叠加法求电荷系的电场强度的公式为E=∑Ei,其中Ei是每个电荷的场强。

高斯定理是指电场线密度与电荷量成正比,与距离成反比。

公式为E=∫dq/4πεr^2.电势是指单位电荷所具有的势能,其公式为V=∫E·dl。

对于有限大小的带电体,取无穷远处为零势点。

电势差的公式为Vb-a=∫E·dl,电势叠加原理是指电势可以标量叠加。

点电荷的电势公式为V=q/(4πεr),而电荷连续分布的带电体的电势可以通过电荷密度积分得到。

电荷q在外电场中的电势能的公式为V=q/(4πεr)。

移动电荷时电场力的功公式为w=q(Va-Vb)。

场强与电势的关系为E=-∇V。

导体的静电平衡条件包括内部电场为零和表面法向电场为零。

静电平衡导体上的电荷分布是指电荷只能分布在导体的表面上。

电容的定义为C=q/V,其中平行板电的电容公式为C=εS/d。

电的并联的公式为C=∑Ci,而串联的公式为1/C=∑1/Ci。

电的能量公式为We=CV^2/2,电场能量密度公式为εE^2/2.电动势的定义是指单位电荷通过电源时所获得的能量。

静电场中的电介质知识点包括电介质中的高斯定理、介质中的静电场和电位移矢量。

真空中的稳恒磁场知识点包括毕奥-萨伐定律和磁场叠加原理。

毕奥-萨伐定律是指电流元产生的磁场与电流元、场点的位置和方向有关。

磁场叠加原理是指在同一点上受到多个电流元的作用时,磁场等于各个电流元磁场的矢量和。

在若干个电流(或电流元)产生的磁场中,某点的磁感应强度等于每个电流(或电流元)单独存在时在该点所产生的磁感强度的矢量和,即mathbf{B}=\sum \mathbf{B}_i$$以下是要记住的几种典型电流的磁场分布:1)有限长细直线电流mathbf{B}=\frac{\mu I(\cos \theta_1-\cos \theta_2)}{4\pi a}$$其中,$a$为场点到载流直线的垂直距离,$\theta_1$、$\theta_2$为电流入、出端电流元矢量与它们到场点的矢径间的夹角。

电磁场知识点总结

电磁场知识点总结

电磁场知识点总结导论电磁场是物质世界中的一种基本力场,是描述电荷和电流相互作用的力学场。

它由电磁感应力、电场和磁场组成,是电磁学的重要研究对象。

在自然界中,电磁场无处不在,它影响着我们周围的一切物质和能量的运动,包括自然界中的各种现象和人类社会活动中的各种应用,因此深入了解电磁场知识对我们理解世界、应用科学技术都具有重要意义。

静电场静电场是在没有电荷和电流运动的情况下,由电荷产生的电场。

根据库伦定律,电荷之间的相互作用力与它们之间的距离成反比,与它们之间的电荷量成正比。

在静电场中,正电荷和负电荷之间的相互作用力呈现为静电引力和静电斥力。

由于电荷是守恒量,因此静电场中的电荷分布和电场的性质是可以通过电荷守恒定律来推导和分析的。

电场电场是描述电荷之间相互作用的力学场,它的产生是由电荷空间分布所导致的。

电场的作用是对电荷施加力,它遵循叠加原理和叠加定律,即若有多个电荷在同一点产生电场,则它们产生的电场将叠加,而在空间中任意一点的电场强度和方向是由该点电荷所产生的电场以及其他电荷所产生的电场叠加得到的。

在电场中,对于点电荷来说,其电场强度与电荷量成正比,与电荷与观察点的距离成反比;对于均匀分布的带电体系来说,其电场强度与其电荷量和分布形式相关,可以用高斯定律进行求解;对于非均匀分布的电荷,可以通过积分来求解其电场分布。

电场的性质1. 空间叠加性:电场由多个电荷叠加产生,因此电场遵循空间叠加原理。

2. 叠加原理:叠加原理指出在相同空间中的不同电荷所产生的电场可以进行叠加求和。

3. 电场强度:电场强度是描述电场的物理量,它表示单位正电荷在电场中所受到的力。

4. 电场线:电场线是描述电场方向和强度分布的线,它遵循的规则是电场线与电场方向平行,电场线的密度与电场强度成正比。

5. 高斯定律:高斯定律是描述由带电体系所产生的电场的性质的定律,它可以用来计算均匀分布的电荷所产生的电场。

6. 电场势能:电场势能是电荷在电场中由于位置变化而产生的势能,它与电荷的电压和距离的平方成正比。

Materials Studio 建模问题集锦(全)

Materials Studio 建模问题集锦(全)
二:力场选择.......................................................................................................... 10 三:吸附模拟.......................................................................................................... 10
牛,我居然把 N 与五元杂环的 partial double bond 人为的拉长点(原始结构是单键,优化结 果变为了 partial double bond 可能是共轭原因),皆可以建呢,用 periodic cell 和 confined layer 均可。这是为什么呢?跟力场分配有什么关联吗?
点像用一电锯去吃牛排:)
Q: 因为我文章前面用高斯算了参数,也就是找有机分子的吸附位点,模拟时用 MS 剑的话,
优化分子会和高斯优化的分子有结构差异,没什么说服力,所以模拟时也想用相同的结构就 只能导入高斯优化好的结构了。 A: 如果下一步要使用量子力学研究,值得这么做。 另外,如果你下一步要 build layer 的话,建议建 cell 而不是 confined layer Q: 对我下一步是要用 build layer,把金属表面、有机分子和水溶液、水结合起来。 再动力学研究有机分子在金属表面的吸附。用 COnfined layer 文献上这么用的。但是用 periodic 还是键不起来。另外用用量化我只算有机分子的参数,不是建好后算。用 MS 建的 periodic 结构导入 GV 中键输入文件,无法识别的。我用没有优化的结构可以建 AMORphous cell 用优化结果建就出错,但以前的分子用优化结果是可以建的,包含的原子类型也相同啊。 错误说不清楚力场类型。那为什么没优化之前又可以建呢?包含的原子又没变,只是结构变 了。

电动力学智慧树知到课后章节答案2023年下华南师范大学

电动力学智慧树知到课后章节答案2023年下华南师范大学

电动力学智慧树知到课后章节答案2023年下华南师范大学绪论单元测试1.由于静电场场强是电标势的负梯度,所以静电场一定是( )。

A:无旋无源场。

B:有源有旋场; C:无旋有源场; D:无源有旋场;答案:无旋有源场;2.由于磁感应强度是磁矢势的旋度,所以磁场一定是( )。

A:无旋无源场。

B:无源有旋场; C:无旋有源场; D:有源有旋场;答案:无源有旋场;3.由Stokes定理可知:( )。

A:B:C:D:答案:4.标量的梯度用于确定( )。

A:场的大小; B:力的方向。

C:场的方向; D:力的大小;答案:场的大小;;场的方向;5.矢量的散度用于确定( )。

A:场的有旋性; B:场的源或者汇; C:是否存在孤立的源。

D:场的有源性;答案:场的有旋性;;场的源或者汇;;场的有源性;6.矢量的旋度用于确定( )。

A:场线是否封闭; B:场的有源性; C:场的有旋性; D:是否存在孤立的源。

答案:场线是否封闭;;场的有旋性;7.A:对 B:错答案:错8.A:错 B:对答案:错第一章测试1.库仑定律表明电荷间作用力与其距离( )关系。

A:成反立方。

B:成反比; C:成正比; D:成反平方;答案:成反平方;2.真空中的静电场高斯定理表明:穿过封闭曲面的电通量与该曲面内的净余电量( )。

A:无关。

B:成反平方比; C:成正比; D:成反比;答案:成正比;3.法拉第电磁感应定律表明:感应电场是由( )产生的。

A:变化的磁场。

B:电荷; C:电流; D:变化的电场;答案:变化的磁场。

4.在电介质的某点处,与自由电荷体密度成正比的是( )的散度。

A:电位移矢量; B:电场强度矢量; C:极化强度矢量; D:电流密度矢量。

答案:电位移矢量;5.在磁介质的某点处,与自由电流面密度成正比的是( )的旋度。

A:位移电流密度矢量。

B:磁感应强度矢量; C:磁场强度矢量; D:磁化强度矢量;答案:磁场强度矢量;6.法拉第电磁感应定律表明:感应电场是有源无旋场。

1金属电子论3-电子相互作用简介

1金属电子论3-电子相互作用简介

q=0时,上式回到 Drude 理论的结果
r
(
)
1
2 p
2
END
(r )
dk
(2 )3
eik r
点电荷高斯定理 的微分形式
2
q
4 0
1 r
q (r ) 0
2 1 4 (r )
r
对上式做傅里叶 变换得到
1 dk F(k )eikr
r (2 )3
F (k
)
4
k2
练习: F (k ) 4
k 2 k02
验证
dk F (k )eikr ek0r
自旋 部分
2i2 2m
Hale Waihona Puke i(r)e2
40
j
dr
* j
(r)
j
| r r
(r |
)
i
(r)
E
i
(r
)
代入平面波波函数得到
F (x) 1 1 x2 ln 1 x 2 4x 1 x
2i2 2m
i
(r
)
2 ki2 2m
i
(r
)
e2
40 j
dr
* j
(r)
j
| r r
(r |
)
i
(r)
e2
2 20
理解屏蔽效应
r
(q)
1
k02 q2
外加微扰电势由 一个点电荷产生
ext (r )
Q
4 0
1 r
ext (q)
Q
0
1 q2
总电势
(q)
ext (q) r (q)
Q
0
q2

12_01静电场中导体和电介质

12_01静电场中导体和电介质
-+q - + + -- +q --+ + +
+
+ --
+
例、有一外半径R1,内半径为R2的金属球壳。在球壳中放一 半径为R3的金属球,球壳和球均带有电量10-8C的正电荷。问: (1)两球电荷分布。(2)球心的电势。(3)球壳电势。
解:
1、电荷+q分布在内球表面。
2、球壳内表面带电-q。
E3 0
+ + + + + + ++ + + + +
静电吹烛
尖端放电
03年6月9日下午一声炸雷响过,武昌徐 东路汪家墩石化加油站边的两根高压电 线被击断。电线落地后当即起火。
避雷针
静电屏蔽
静电屏蔽: 一个接地的空腔导体可以隔离内外 电场的影响。 1、空腔导体,腔内没有电荷 空腔导体起到屏蔽外 电场的作用。 2、空腔导体,腔内存在电荷 接地的空腔导体可 以屏蔽内、外电场的影 响。

S
1 E dS qi
o
E 0 qi 0
+ + + ++ + + + + + E= 0 S+ + + + + + + + ++
导体内部没有净电荷,电荷只能分布在导体表面。
(2)空心导体,空腔内无电荷
1 S E dS qi E 0
静电场中的导体 和电介质
导体 导电性能很好的材料 电介质(绝缘体 ) 导电性能很差的材料 半导体 导电性能介于导体和绝缘体之间的材料

大学物理常用公式(电场磁场 热力学)之欧阳术创编

大学物理常用公式(电场磁场 热力学)之欧阳术创编

第四章 电 场一、常见带电体的场强、电势分布 12)均匀带电球面(球面半径R )的电场: 3)无限长均匀带电直线(电荷线密度为λ)垂直于带电直线。

4)无限长均匀带电圆柱面(电荷线密度为λ):5)无限大均匀带电平面(电荷面密度为σ)的电场方向:垂直于平面。

二、静电场定理 1ε=∑静电场是有源场。

q ∑指高斯面内所包含电量的代数和;E指高斯面上各处的电场强度,由高斯面内外的全部电荷产生;S E dS ⋅⎰指通过高斯面的电通量,由高斯面内的电荷决定。

2、环路定理:0l E dl ⋅=⎰ 静电场是保守场、电场力是保守力,可引入电势能三、求场强两种方法1、利用场强势叠加原理求场强 分离电荷系统:1ni i E E ==∑;连续电荷系统:E dE =⎰ 2、利用高斯定理求场强 四、求电势的两种方法1、利用电势叠加原理求电势 分离电荷系统:1ni i U U ==∑;连续电荷系统: U dU =⎰2、利用电势的定义求电势 r U E dl =⋅⎰电势零点五、应用点电荷受力:F qE = 电势差: bab a b a U U U E dr =-=⋅⎰ a 点电势能:a a W qU =由a 到b 电场力做功等于电势能增量的负值()ab b a A W W W =-∆=-- 六、导体周围的电场1、静电平衡的充要条件: 1)、导体内的合场强为0,导体是一个等势体。

2)、导体表面的场强处处垂直于导体表面。

E ⊥表表面。

导体表面是等势面。

2、静电平衡时导体上电荷分布: 1)实心导体: 净电荷都分布在导体外表面上。

2)导体腔内无电荷: 电荷都分布在导体外表面,空腔内表面无电荷。

3)导体腔内有电荷+q,导体电量为Q:静电平衡时,腔内表面有感应电荷-q,外表面有电荷Q+q。

3nε=七、电介质与电场1、在外电场作用下,在外电场作用下,非极性分子电介质分子正、负电荷中心发生相对位移,产生位移极化;极性分子电介质分子沿外电场偏转,产生取向极化。

DLVO理论要点

DLVO理论要点

生物表面活性剂和生物乳化剂在工业上的应用
作用 农 建 弹 性 体 和 塑 料 业 乳化 破乳 润湿、铺展、渗透 增溶、固体分散 加气、发泡 消泡 去污 抗静电 防蚀 筑
工业应用领域 皮 金 造 食 品 饮 料 工 业 清 洗 油 漆 石 油 及 石 涂 化 料 革 属 纸 织 纺
敏化作用
有时加少量高分子反而使胶体系统失稳。例如明胶使 As2S3 溶胶聚沉,有些高聚电解 质可作为絮凝剂等。敏化的机制往往和桥形吸附有关。作为保护胶体,高分子等物质 在颗粒上吸附形成保护层,但使用不当,会使分散颗粒絮凝。 (1) 电荷中和效应:在电排斥力稳定的胶体中,相反电荷的高分子通过静电引力吸附 与颗粒表面,中和颗粒表面电荷,使电斥力下降。 (2) 搭桥效应:当高分子浓度较低时,长的高分子使颗粒相连,而发生絮凝。增加浓度, 可防止絮凝,但浓度过大,也有影响。 (3) 高分子的分子链段与介质的相溶形,特别是混合溶剂,会改变其相溶形。
胶体的稳定机制 —— 高分子保护胶体
随着化学工业的发展,大量合成高分子问世,使高分子稳定胶体成为制备稳定
胶体系统的主要手段。不论用天然的还是合成的高分子来保护胶体,其优点在于: (a) 对电解质不敏感;(b) 不仅用于以水为介质,也可用于非水介质; (c) 固含量可以很高;(d) 絮凝往往是可逆的。这四个优点正是静电稳定胶体的 不足之处高分子能够保护胶体的机制主要是位阻效应。在颗粒表面的高分子形成了 厚度为 d 的保护层,它们阻止了颗粒的聚结。
磺酸酯盐 用发烟硫酸或三氧化硫磺化即得烷基苯磺酸
阳离子表面活性剂
胺盐型阳离子表面活性剂 类型 烷基胺盐 结构
酰胺基胺盐
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Simulation Techniques for Soft Matter SciencesTutorial8:Long range interactions:Direct sumand Ewald summation.Joan J.Cerdà∗June21,2007SimBio group,FIAS,FrankfurtContents1Introduction1 2The direct sum2 3The Ewald sum4 4The P3M method6 5Additional Tasks6 6To learn more6 1IntroductionThis tutorial is intended to strengthen your knowledge on long range interactions.As you have learn in previous lectures,special techniques are needed to deal with long-range interactions in a proper way.Simple truncation of the long-range forces usually ends up in a substantial and unwanted modification of the physics of a problem.In order to do the tutorial you have to download thefile"t8_long_range_interaction_files.tar" available from the web page.After decompressing thefile(use tar-xzffile_name),you willfind a set of folders containing the programs needed for each section.∗jcerda in the fias.uni-frankfurt.de12The direct sumPeriodic boundary conditions are frequently used in order to approach bulk systems within the limits of currently available computers.We will consider a main cell which is surrounded by replica cells thatfill the whole space.The main cell consist of N particles with charges q i at position r i in a cubic box of length L.Our objective is to compute the energy U associated to the main cell.The energy U is due to the Coulomb interaction of the particles located inside the main cell with other particles present in the the cell,as well as with the particles located in the replica cells.The energy of the main cell in this PBC system isU=14π12Ni=1N j=1 n∈Z3†q i q j|r ij+n L|,(1)where r ij=r i−r j.The sum over n is over all simple cubic lattice points,n=(n x L,n y L,n z L) with n x,n y,and n z integers.The†indicates that the i=j term must by omitted for n=0to avoid to take into account the interaction of a particle with itself.Equation1is only conditionally convergent in3D.In other words,the value of the sum is not well defined unless one specifies the way we are going to sum up the terms(spheric,cubic,cylindric,etc.).An explanation from a more physical point of view about the conditional convergence of eq.1lies in the fact that we have an infinitely large system,that although is useful for our purposes of mimicking the bulk,it is never found in physical cases.When we perform an order summation,we are distributing the cells(the charges)in the space in a certain way.If we perform two different order summations,we will get two different values of the interaction because we have two different charge distributions.One could think that as farther the replica boxes are from the main cell,less important should be their contribution.This is the case for single cells,but the number of cells grows in such a way that always there is afinite contribution from the cells placed at a certain large distance from the main cell.The use of eq.1in order to compute electrostatic magnitudes is know as"Direct Sum Method". The direct sum method,although simple to implement,suffers from a major drawback:the numerical evaluation of eq.1is excessively computer demanding.Thefirst thing one can notice in eq.1is that the sum over n is an infinite series because it runs over all Z3.This entails that when we want to evaluate the sum numerically we must perform a cut-off,i.e.,we assume that the contributions arising from larger n values can be ually one chooses to perform a spherical sum,i.e.,we take into account only the terms that satisfy|n|<n cut.The introduction of a cut-off implies that we are going to do an error when we compute eq.1numerically.If we increase n cut,we will get a more accurate value of U,i.e.,the sum converge to a certain value.In principle,the introduction of a cut-off is not a problem,because for practical purposes we are never in the need of an infinitely accurate result.Nonetheless,in practice,the use of the direct sum method requires of a large cut-off to get results accurate enough to be used in simulations.Furthermore,when we increase n cut the number of cells to take into account scales as n3cut and not linearly because n is a3D vector.If we assume that the time we need to compute the sum is proportional to the square of the number of particles we have in the extended system (main cell+replicated cells),then the computer time we need scales as n6cut N2,where N is the number of particles we have in the main cell box.Therefore,in general,the direct sum method2is of little use for simulations,although it is very useful tool to test the correctness of more advanced methods.Notice,that in order to use a direct sum code to test the output of other more sophisticate programs,it would be desirable that we have previously checked the correctness of the direct sum code.But,how to that?An easy test we can perform is the numerical evaluation of the Madelung’s Constant for a certain crystal structure.The value of the Madelung’s constants can be evaluated analytically up to a very high accuracy,and are easy tofind tabulated.The Madelung’s constant depends on the geometric arrangement of the ions in the crystal structure,and it is particular for each type of crystal structure.For simple ionic crystal’s like NaCl it can be related to the energy of an ionU i asU i=M aRq24π(2)where q is the absolute value of the charge of the ions,and R the distance between two nearest neighbours.M a is the Madelung’s constantM a= i j sign(q i q j)R r ij(3)where sign(q i q j)is±1depending on the sign of the product q i q j.in the case of a NaCl-crystal (see structure onfigure1),the value of the Madelung constant isM a=−1.7475645946331821906362120355443974034851614366247417581528253507..(4)Figure1:The structure of the NaCl.Taken from www.gothard.hu/∼jkovacs/edu /BDF/phys/images/3Tasksing the direct sum method,evaluate the Madelung’s constant for a NaCl.Hint:in thefolder problem_1you willfind a program that performs direct sums.At least two errors have been introduced on purpose on the code.ing the linux command gprof,check which is the scaling of time with the cutoff n cut.Hint:you must compile the code including the-pgflag.Run the program,and then execute gprof name-executable>report-file.Justify the result.3.Is it correct to cutoff the long-range interactions in simulations?Justify the answer interms of the results you have obtained in the previous tasks for the Madelung’s constant. 3The Ewald sumEwald sum is a faster method to compute electrostatic quantities such as energies or forces.The Ewald sum is based on splitting the slowly convergent equation1into two series which can be computed much faster(at level of accuracyfixed).The trick basically consist on splitting the interaction1/r as1 r =f(r)r−1−f(r)r(5)An usual choice is f(r)=erfc(αr),whereαis called the Ewald splitting parameter,which result in the well know Ewald formula for the energy of the main cellU=U(r)+U(k)+U(self)+U(dipolar)(6) where U(r)is called the real space contribution,U(k)is the reciprocal space contribution,U(self) is the self-energy,and U(dipolar)accounts for the dipolar correction.In the case of performing an spherical sum,the expressions for these contributions are given byU(r)=12Ni N j n∈Z3†q i q j erfc(α|r ij+n L|)|r ij+n L|(7)U(k)=12L3 k∈K3,k=04πk2exp(−k2/4α2)N i N j q i q j exp(−i k·r ij)(8)U(self)=−α√πNi q2i(9)U(dipolar)=2π(1+2 )L N i q i r i2(10)where is the dielectric constant,and K3={2πn/L:n∈Z3}.In practice the sums for U(r) and U(k)are evaluated performing cutoffs given by r cut and k cut.Typical implementations, as the one we are going to use,assume the minimum image convention,i.e.,r cut<L/2and therefore n=0in the expression for U(r).4Tasks1.In the folder problem_2there is a code in which Ewald sum is implemented using theminimum image convention.Set the values r cut=3,k cut=7,and use the code to analyse how the estimate of the Madelung constant we obtain depends on the value of the Ewald splitting parameterα(study the casesα∈[0.1,2].Which conclusions do you extract from the previous results?Is the value of the estimate for the Madelung constant dependent of the parameterα?Does it depend on the values chosen for r cut,and k cut?What happens if we increase r cut,and k cut?Which are the best values ofα,r cut,and k cut to get the Madelung Constant faster with an accuracy no less than10−6?2.Why the values we obtain depend onα,r cut,and k cut?What is the origin of the errorswe observe when we evaluate the Ewald sum?Justify the answer.3.1Error estimatesAs you have noticed in the previous task,we can obtain in a short time very accurate values for the Madelung’s constant of the NaCl for certain values of the parametersα,r cut,and k cut. Unfortunately it is not straightforward to obtain an optimal set of values forα,r cut,and k cut.In general,given a certain required accuracy level,we would like to be able to analytical predict which is the error we have for a given set[α,r cut,k cut].Fortunately,such error estimates for Ewald sums were developed in the90’s by Kolafa and Perram[Molec.Sim.,9,351,(1992)],δU(r)=Q2(r cut/2L3)1/2(αr cut)−2exp(−α2r2cut)(11)exp(−(πk cut/αL)2)(12)δU(k)=Q2απ−2k−3/2cutwhere Q2= N i q2i.Tasks1.The same code in the folder problem_2that we used in the previous task contains a sub-routine that implements the previous errors.Furthermore,the subroutine is able to seek for the optimal parameters[α,r cut,k cut]to use when a certain given accuracy level is specified.To make use of this subroutine,uncomment in the code the four lines labelled as ing this modified code,check how close are the parameters you have obtained in the previous task to to the optimal parameters(Madelung Constant with an accuracy no less than10−6).2.If we want to compute the Madelung’s constant of the NaCl,with an accuracy of10−7.Which method is faster,the direct sum or the Ewald sum?Can you obtain an accuracy of 10−10using the direct sum program?In case you can’t,try to infer which is the root of the problem?Hint:Try to reduce or increase the length L of the system,and see what occurs with the accuracy.3.If we want to compute the energy of a system of100randomly positioned particles,in abox of size L=10,with an accuracy of10−7.Which method is faster,the direct sum or the Ewald sum?54The P3M methodAlthough the Ewald sum method represents a substantial improvement respect the direct sum,in many cases is not as faster as we would like.This drawback is specially notorious when we are dealing with systems containing a large number of particles.The problem is mainly due to the fact that the computer time in Ewald sums scales with the number of particles as N2,or in the best versions as N3/2.These exponents entail that the computer time grows very quickly with the number of particles.A faster algorithm that scales like Nlog(N)∼N is the P3M method(particle-particle-particle mesh).The trick used in P3M consists on the evaluation of the implicit Fourier Trans-form present in U(k)through the use of the so-called Fast Fourier Transforms(FFT),which reduce substantially the time needed to compute the reciprocal space contribution U(k). Tasks1.In the folder problem_3you willfind an script for executing P3M using the softwarepackage Espresso.Try to understand what the code is doing.Notice specially the com-mand inter coulomb.Ask the instructor if you have doubts about the use or function of any of the commands in the pute the Madelung’s constant with an accuracy of 10−8,using Espresso.5Additional TasksNow we have acquired practice on the use of Direct Sum,Ewald Sum and P3M methods,let’s use them to evaluate the energy of a neutral system of500charges randomly located inside a system of size L=30,with an accuracy of10−7.Check that the three different methods agree on the result.Which method is faster?6To learn moreDirect sum,Ewald Sum and P3M are not the only methods that exist to deal with long range interactions,other remarkable methods for3D geometries that make use of periodic boundary conditions are Fast Multipole Methods,Lekner Sum,and the MMM method.In the same cat-egory of periodic boundary conditions,for lower dimensions there are the MMM2D,ELC and MMM1D methods.On the other hand,Periodic Boundary Conditions is just one of the several ways to try to mimic bulk systems with a reduced number of particles.In addition to periodic boundary conditions,alternative methods are Reaction Field methods,Maggswellian Dynamics, and hybrids that mix Reaction Field and Periodic Boundary condition methods.Quite pedagog-ical reviews about the different methods are available•Arnold A.,Holm C.,"Efficient methods to compute long range interactions for soft matter systems".In Advanced Computer Simulation Approaches for Soft Matter Sciences II, volume II of Advances in Polymer Sciences,pages59-109,.Editors:C.Holm AND K.Kremer,Springer,Berlin,2005.6•Sagui C.,Darden T.A.,Annu.Rev.Biophys.Biomol.Struct.,28,155,(1999).•Greengard L.,Science265,909,(1994).On the other hand,charges are the most simple case in the general problem of multipolar interactions.he next natural step are Dipoles.There are several methods available to deal with dipolar interactions,an excellent review of those methods has been done by Weis and Levesque •Weis J.J.,Levesque D.,Adv.Polym.Sci.,185,163,(2005).DOI10.1007/b136796.In this tutorial we have also learned that some of the fastest methods make use of the so-called FFT(Fast Fourier Transforms),explanatory material about FFT techniques can be found in •/links.html7。

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