地球空间电场2014总结
物理高中电场知识总结归纳
物理高中电场知识总结归纳电场是物理中的一个重要概念,它描述了空间中存在电荷时所产生的相互作用。
在高中物理中,电场是一个重要的内容,下面将对电场的知识进行总结和归纳。
1. 电荷与电场电场的起源是电荷,正电荷与负电荷之间相互吸引,而相同电荷之间相互排斥。
引入电场的概念,可以用来描述电荷间的相互作用。
2. 电场强度电场强度是电场的重要物理量,用符号E表示。
它描述了单位正电荷所受到的力的大小和方向,单位为牛顿/库仑。
电场强度的计算公式为E = F/Q,其中F表示电荷所受到的力,Q表示电荷的大小。
3. 电场线电场线是描述电场分布的工具,它是沿着电场力线的方向绘制的曲线。
电场线具有一定的规律性,从正电荷出发的电场线指向负电荷,相同电荷之间的电场线相互平行。
4. 电势能电势能是电荷在电场中具有的能量。
在电场中,电势能的变化可以由电场强度的积分来表示,即电势差。
电势差的计算公式为ΔV = -∫E·dl,其中ΔV表示电势差,E表示电场强度,l表示路径长度。
5. 电场的叠加原理当有多个电荷存在时,它们在某一点产生的电场强度可以通过叠加原理进行计算。
即在某一点的电场强度等于所有电荷在该点产生的电场强度的矢量和。
6. 点电荷的电场点电荷是指电荷分布在空间中集中在一个点上的情况。
对于点电荷,其电场强度与距离的关系符合库仑定律,即电场强度正比于电荷的大小,反比于距离的平方。
7. 均匀带电直线的电场均匀带电直线的电场是指电量均匀分布在一条直线上的情况。
对于均匀带电直线,其电场强度与距离的关系符合线性分布规律,即电场强度正比于距离。
8. 均匀带电平面的电场均匀带电平面的电场是指电量均匀分布在一个平面上的情况。
对于均匀带电平面,其电场强度与距离无关,具有相同的大小和方向。
9. 电容器电容器是一种用来储存电荷和电能的装置,分为平行板电容器和球形电容器等。
电容器的容量表示了它储存电荷的能力,容量的计算公式为C = Q/V,其中C表示容量,Q表示电荷,V表示电压。
有关电场知识点总结
有关电场知识点总结一、电场的定义电场是指空间中存在电荷时所产生的力场,它描述了所受的电荷周围的电荷所受力的作用。
简单来说,电场就是电荷对周围空间的影响。
电场的定义可以用一组数学公式来进行精确的描述和计算。
二、电场的产生电场是由电荷所产生的。
当电荷存在于空间中时,它们会产生围绕它们周围的电场,即电场线。
电场线从正电荷发散出来,通过空间传播,最终进入负电荷。
这种传播方式是通过电荷之间的相互作用来实现的。
电场线的密度表示了电场的强度,密度越大表示电场越强。
三、电场的性质电场有一些基本的性质,它们对于我们理解电场的特征和行为非常重要。
其中,最重要的性质是叠加原理。
这个原理说明了当有多个电场同时存在时,它们之间的效应可以相互叠加。
这意味着电场是线性的,可以通过将不同的电场分别处理,最后将它们叠加在一起得到总的电场。
这个性质对于电场的研究有着非常重要的意义。
四、电场强度电场的强度用来表示电场对单位正电荷的力。
它的大小与电荷的数量和距离有关。
电场强度的方向总是沿着电场线的方向。
电场强度是一个向量,它有大小和方向。
在电场中的任何一点,电场强度都有一个确定的值。
当电场强度是线性的,它的大小和方向是独立的。
五、电势电势是描述电场中的潜在能量的物理量。
电势是指空间中点的电势能,它是具有电场静力势能的电荷放置的空间中的一点。
电势是标量,它的大小可以用来表示在一个特定点的电场的强度。
电势是静电学的一个重要概念,它将被用来进行电场的相关计算。
六、高斯定律高斯定律是描述了电场中的一个非常重要的物理定律。
它表明了电场的总流出量等于其中电荷的总和。
高斯定律通过指定一个封闭曲面来描述了电场的性质。
这个定律是静电学的一个基本概念。
它在电场分析和计算中有着非常重要的应用。
七、电场的能量电场具有一定的储备能量,它可以存储在电场中。
这个能量是当电荷在电场中移动时所产生的。
电场的能量可以用来描述电场的性质和行为。
电场的能量是静态电场的一个重要物理量。
空间电场知识点归纳总结
空间电场知识点归纳总结一、电场基本概念1. 电场的定义电场是指物质周围的空间中存在的电荷相互作用所产生的力的场。
在电场中,任何一点处都存在着电场强度,该点处单位正电荷所受的力就是电场强度的大小。
2. 电场强度电场中任一点处,单位正电荷所受的力称为该点处的电场强度E。
电场强度的方向是正电荷在电场中的受力方向,单位是牛顿/库仑(N/C)。
3. 电场线用于表示电场分布的线条。
狭义上说,它是与电场强度大小和方向相关的线条。
4. 电场线密度单位电荷所受的力是电场强度E的大小和方向。
5. 电场力做功在电场中放置电荷q,电场力对电荷做功,电场力做功W是电荷q的电位差。
二、电场的性质1. 电场的叠加原理若在某一点存在两个或多个电场,这些电场的合力等于这些电场的几何方向上的矢量和。
2. 静电平衡内部各处的电场均处于静电平衡状态。
即内部各点的环境对电场的影响变得极小。
3. 电场的高斯定理电场的高斯定理是电场的一种数学描述,它说明了通过封闭表面的电通量与该闭合表面内包围的总电荷量成正比。
4. 电场能量电荷在电场中做功是电场的一个性质。
5. 电场的场强与因果关系电场强度是这样一个矢量场,对为该场中的粒子施加一个力。
粒子因此被加速并在轨迹上反映出该类力。
6. 电场的能量密度电场的能量密度是指单位体积内的电场能量。
三、电场的计算1. 通过电荷分布计算电场a. 点电荷电场:点电荷在空间某点产生的电场。
b. 均匀带电直杆电场c. 均匀带电平面电场d. 球对称分布的电场e. 边长无限大均匀带电平板电场f. 无限长带电直线的电场2. 电场的叠加原理若在某一点存在两个或多个电场,这些电场的合力等于这些电场的几何方向上的矢量和。
3. 空间电场的计算通过高斯定理计算通过封闭表面的电通量与该闭合表面内包围的总电荷量成正比。
四、电场在自然界中的应用1. 雷电生成的本质当云中的电场达到某一电压时,电荷开始被放电,导致雷电的发生。
2. 光电效应光电效应是指在光线照射到金属或半导体表面时,使其放射出电子的现象。
电场知识小结
静电场知识小结一、电场基本规律 1、电荷 电荷守恒定律 自然界中只存在正、负电荷自然界中两种电荷的总量是守恒的,使物质带电的过程,就是使电荷从一个物体转移到另一物体(如摩擦起电和接触带电);或者是从物体的一部分转移到另一部分(静电感应),不管何种方式,电荷既不能创造,也不能消失,这就是电荷守恒定律(1)三种带电方式:摩擦起电、接触起电、感应起电(2)元电荷:最小的电荷量。
自然界任何物体的带电荷量都是元电荷(e=1.6×10-19c )的整数倍,电子、质子的电荷量都等于元电荷,但电性不同,前者为负,后者为正。
强调:元电荷不是电荷,而是电荷量!2、库伦定律: (1)定律内容:真空..中两个静止点电荷.....之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比与它们的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上。
(2)表达式:221rQ kQ F = k=9.0×109N ·m 2/C 2——静电力常量(3)适用条件:真空中静止的点电荷,空气中也认为成立。
二、电场 力的性质:1、电场的基本性质:电场对放入其中的电荷有力的作用。
2、电场强度E(1)定义:电荷在电场中某点受到的电场力F 与电荷的带电量q 的比值,就叫做该点的电场强度。
(2)定义式:qF E= 强调: E 与F 、q 无关,只由电场本身决定!(3)电场强度是矢量:大小:在数值上为单位电荷受到的电场力。
方向:规定与正电荷受力方向相同,与负电荷受力的方向相反。
(4)单位:V/m ,N/C 1N/C=1V/m (5)其他的电场强度公式○1点电荷的场强公式:2rkQ E =——Q 场源电荷 ○2匀强电场场强公式:dU E =——强调:d 沿电场方向等势面间距离! (6)场强的叠加:遵循平行四边形法则 3、电场线(1)意义:形象直观描述电场强弱和方向的理想模型,实际上是不存在的! (2)电场线的特点:○1电场线起于正电荷(无穷远),止于(无穷远)负电荷 ○2不封闭,不相交,不相切。
电场总结
(一)库仑定律 电场强度1.电荷、电荷守恒⑴自然界中只存在两种电荷:正电荷、负电荷.使物体带电的方法有 摩擦起电、接触起电、感应起电.⑵静电感应:当一个带电体靠近导体时,由于电荷间的相互吸引或排 斥,使导体靠近带电体的一端带异号电荷,远离带电体的一端带同 号电荷.⑶电荷守恒:电荷即不会创生,也不会消失,它只能从一个物体转移 到另一个物体,或从物体的一部分转移到另一部分;在转移过程中, 电荷总量保持不变.(一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代 数和保持不变)⑷元电荷:指一个电子或质子所带的电荷量,用e表示.e=1.6×10-19C2.库仑定律⑴真空中两个点电荷之间相互作用的电场力,跟它们电荷量的乘积成正比,跟它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上.即:221rq kq F =其中k 为静电力常量,k =9.0×10 9 N m 2/c 2⑵成立条件①真空中(空气中也近似成立),②点电荷,即带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计.(对带电均匀的球, r 为球心间的距离).3.电场强度⑴电场:带电体的周围存在着的一种特殊物质,它的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用,这种力叫电场力.电荷间的相互作用就是通过电场发生作用的.电场还具有能的性质.⑵电场强度E :反映电场强弱和方向的物理量,是矢量.①定义:放入电场中某点的试探电荷所受的电场力F 跟它的电荷量q的比值,叫该点的电场强度.即:F E q=单位:V/m,N/C②场强的方向:规定正电荷在电场中某点的受力方向为该点的场强方 向.(说明:电场中某点的场强与放入场中的试探电荷无关,而是由该点 的位置和场源电何来决定.) ⑶点电荷的电场强度:E =2Q kr,其中Q 为场源电荷,E 为场中距Q为r 的某点处的场强大小.对于求均匀带电的球体或球壳外某点的 场强时,r 为该点到球心的距离.⑷电场强度的叠加:当存在多个场源电荷时,电场中某点的场强为各 个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和. ⑸电场线:为形象描述电场而引入的假想曲线.①电场线从正电荷或无限远出发,终止于无限远或负电荷.②电场线不相交,也不相切,更不能认为电场就是电荷在电场中的运 动轨迹.③同一幅图中,场强大的地方电场线较密,场强小的地方电场线较疏.⑹匀强电场:电场中各点场强大小处处相等,方向相同,匀强电场的 电场线是一些平行的等间距的平行线.重点难点例析 一、电荷守恒、库仑定律的理解1.两个完全相同的金属球接触后,所带正、负电荷先"中和"然 后"平均分配"于两球.分配前后正、负电荷之和不变. 2.当求两个导体..球间的库仑力时,要考虑电荷的重新分布,例:当 两球都带正电时,电荷相互非斥而使电荷主要分布于两球的外侧, 此时r 将大于两球球心间的距离.3.库仑定律是长程力,当r →0时,带电体不能看成质点,库仑定 律不再适用.4.微观粒子间的库仑力远大于它们之间的万有引力,当计算微观粒子 间的相互作用时可忽略粒子间的万有引力.5.计算库仑力时,先将电荷量的绝对值代入进行计算,然后根据电性 来判断力的方向.如何运用场强的三个表达式分析问题 1.定义式F E q=:适用一切电场,E 与试探电荷q 的电荷量及所受电场力F 无关,与试探电荷是否存在无关. 2.决定式2Q E k r=:只适应于真空中的点电荷,E 由场源电荷Q 及研究点到场源电荷的距离r 有关. 3.关系式:U E d=;只适应于匀强电场,d 是指场中两点沿电场线方向上的距离.(二)电场能的性质1.电势能、电势、电势差、等势面的概念⑴电势能:与重力势能一样,电荷在电场中也具有势能,这种势能叫电 势能,规定零势点后,电荷在某点的电势能,等于把它从该点移到零 势能位置时静电力所做的功.不同的电荷在同一点所具有的电势能不 一样:p E =q ϕ. ⑵电势φ:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值叫该点的电势.电势φ的大小与试探电荷大小无关. 定义式:ϕ=P E q,单位:伏特 1V =1J/C意义:电场中某一点的电势在数值等于单位电荷在那一点所具有的电 势能.相对性:某点的电势与零电势点的选取有关.通常取无限远或大地的电 势为零. 标量性:电势只有大小,没有方向,但有正、负之分,这里正负只表示比零电势高还是低.电场线也可判定电势高低:沿着电场线方向,电势越来越低.⑶等势面:即电势相等的点构成的面.电场线与等势面垂直.并由电势 高 的等势面指向电势 低 的等势面.沿等势面移动电荷,电场力不做功.⑷电势差U :电场中两间电势之差,也叫电压.A BU =A B ϕϕ-,A BU =B AU -.2.电场力做功①静电力做功的特点:在电场中确定的两点间移动电荷时,它的电势能 的变化量是确定的,移动电荷时电场力做的功也是确定的,和重力 做功一样,与路径无关(只与这两点间电势差有关).②电场力做功与电势能改变的关系:静电力做正功,电势能减小,电势 能转化为其它形式的能量;静电力做负功,电势能增加,其它形式的 能转化为电势能.静电力做的功等于电势能的减少量: A BW =P A P BE E -=()A B q ϕϕ-=A B qU 或A BA BWU q=3.匀强电场中电势差与电场强度的关系匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距....... 离.的乘积.A BU E d=或A B U Ed=注意:①上式只适用于匀强电场.②d 是沿场方向上的距离.(三) 电容器 静电现象的应用1.电容器⑴任何两个彼此绝缘而又相距很近的导体都可以构成电容器.⑵把电容器的两个极板分别与电池的两极相连,两个极板就会带上等 量异种电荷.这一过程叫电容器的充电.其中任意一块板所带的电荷量 的绝对值叫做电容器的带电量;用导线把电容器的两板接通,两板上的 电荷将发生中和,电容器不再带电,这一过程叫做放电.2.电容⑴电容器所带的电量Q 跟两极板间的电势差U 的比值,叫做电容器的 电容,用符号C 表示. ⑵定义式:C =Q U,若极板上的电量增加ΔQ 时板间电压增加ΔU ,则C =Q UV V .⑶单位:法拉,符号:F ,与其它单位的换算关系为:1F =106F m =1012p F⑷意义:电容是描述电容器储存电荷本领大小的物理量,在数值上等 于把电容器两极板间的电势差增加1V 所增加的电量.3.平行板电容器⑴一般说来,构成电容器的两个导体的正对面积S 越大 ,距离d 越 小,这个电容器的电容就越大;两个导体间电介质的性质也会影 响电容器的电容.⑵表达式:板间为真空时:C =4s k dp ,插入介质后电容变大r e 倍:C =4r s k de p ,k 为静电力常数,r e 称为相对(真空)介电常数. 说明:Q CU=是电容的定义式,它在任何情况下都成立,式中C 与Q 、U 无关,而由电容器自身结构决定.而4r s C k de p =是电容的决定式,它只适用于平行板电容器,它反映了电容与其自身结构S 、d、r e 的关系.4.静电平衡状态下的导体⑴处于静电平衡下的导体,内部合场强处处为零.⑵处于静电平衡下的导体,表面附近任何一点的场强方向与该点的表 面垂直.⑶处于静电平衡下的导体是个等势体,它的表面是个等势面. ⑷静电平衡时导体内部没有电荷,电荷只分布于导体的外表面. 导体表面,越尖的位置,电荷密度越大,凹陷部分几乎没有电荷.5.尖端放电导体尖端的电荷密度很大,附近电场很强,能使周围气体分子电离,与尖端电荷电性相反的离子在电场作用下奔向尖端,与尖端电荷中和,这相当于使导体尖端失去电荷,这一现象叫尖端放电.如高压线周围的“光晕”就是一种尖端放电现象,避雷针做成蒲公花形状,高压设备应尽量光滑分别是生活中利用、防止尖端放电.6.静电屏蔽处于电场中的空腔导体或金属网罩,其空腔部分的合场强处处为零,即能把外电场遮住,使内部不受外电场的影响,这就是静电屏蔽.如电学仪器的外壳常采用金属、三条高压线的上方还有两导线与地相连等都是静电屏蔽在生活中的应用.(四) 带电粒子在电场中的运动1.研究对象分类⑴基本粒子及各种离子:如电子、质子、α粒子等,因为质量很小, 所以重力比电场力小得多,重力可忽略不计.⑵带电颗粒或微粒,如尘埃、液滴、小球等质量较大,其重力一般情 况下不能忽略.2.带电粒子在电场中的加速直线运动 ⑴若粒子作匀变速运动(图6-4-1),则可采用动力学方法求解,即 先求加速度a =qE qU mm d=,然后由运动学公式求速度.⑵用能量的观点分析:合外力对粒子所作的功等于带电粒子动能的增 量.即:221122qUm vm v =-,此式对于非匀强电场、非直线运动均成立.对于多级加速器(图6-4-2),是利用两个金属筒缝间的电场加速, 则W 电=n qU ×3.带电粒子在电场中的偏转(垂直于场射入)⑴运动状态分析:粒子受恒定的电场力,在场中作匀变速曲线运动. ⑵处理方法:采用类平抛运动的方法来分析处理——(运动的分解).02102v ta t t ìïïïïïíïïïïïïî垂直于电场方向匀速运动:x =沿着电场方向作初速为的匀加速:y =两个分运动联系的桥梁:时间相等设粒子带电量为q ,质量为m ,如图6-4-3两平行金属板间的电压为U,板长为L ,板间距离为d .则场强U E d=,图6-4-1图6-4-2~图6-4-3加速度qE qU amm d==,通过偏转极板的时间:0L tv =侧移量:y=222201242L U qU L a td U md v ==偏加偏转角:0t a na t v q ==22L U qU L d Um d v =偏加(U 偏、U加分别表示加速电场电压和偏转电场电压)带电粒子从极板的中线射入匀强电场,其出射时速度方向的反向延长 线交于入射线的中点.所以侧移距离也可表示为: t a n 2L y q=4.示波管原理⑴构造:电子枪、偏转电极,荧光屏(如图6-4-4) ⑵工作原理如果在偏转电极X X ¢和Y Y ¢之间都没有加电压,则电子枪射出的电子 沿直线打在荧光屏中央,在屏上产生一个亮点YY '上所加的是待显示的信号电压U ,在屏上产生的竖直偏移y '与U 成正比.XX '上所加的机内锯齿形电压,叫扫描电压.当扫描电压和信号电压的周期相同时,荧光屏上将出现一个稳定的波 形.图6-4-4。
空间电场知识点总结归纳
空间电场知识点总结归纳一、电场基本概念电场是指由带电粒子所产生的力场。
在空间中,一个电荷在周围产生的力场称为电场。
电场的存在导致周围的带电粒子受到电力的作用。
二、电场的表示1.电场强度电场强度E是表示电场在某一点上的作用力。
单位是N/C(牛顿/库仑)。
电场强度的方向与电力线的方向相同。
电场强度的大小可以用电场力对单位正电荷的大小来表征。
2.电场线电场线是用来表示电场分布的线条。
电场线的密度表示电场的强弱,越密集表示电场越强。
电场线从正电荷指向负电荷。
3.电场力电场力是电场对带电物体施加的力。
电场力的方向与电场强度的方向相同。
电场力与带电物体的电荷大小成正比。
三、静电场静电场指电场是随时间不变的。
在静电场中,电场与电荷相互作用,但是在空间的任一时刻电场场强以及电势是不随时间而改变的。
静电场存在的时间足够长,可以把电场系统的变化作为一种平衡状态,从而研究电场和电荷分布之间的关系。
四、闭合曲面内的电场高斯定理规定,一个闭合曲面内对某种物理量的积分等于该物理量的时空分布,与该闭合曲面的无关。
在静电场中,闭合曲面内的电荷量对闭合曲面内的电场通量有较大的影响。
五、电场的叠加原理电场满足线性叠加原理。
在电场叠加原理的条件下,一个点上的电场强度大小以及方向都可以通过对叠加电荷在该点上分别产生的电场来获得,也就是通过多个电荷在该点上产生的电场之和得到。
六、电势1.电势能电势能是指带电粒子在电场中的势能。
电势能大小与点电荷和电场之间的位置、电荷大小有关。
带电粒子沿着电场方向由高势能处移动到低势能处时,可以向周围做功。
2.电势差电势差是指电场中任意两点之间的电势差异。
在电势差的意义下,电场可以产生电势,而差不过是电阻做功移动带电粒子过程中的电势能的改变量。
3.电势能与电势的关系电势能是以点电荷在电场中施加及电势能是以电场在某一点产生的电场力所做的功视作。
在静电场中,电势与电场强度大小和方向有关。
电场强度越大,电势越高。
电场小结
一、电场力做功的特点 结论:静电力做功与电荷经过的路径无关,只与电荷的初位置和末位置有关。
说明:虽然上式以匀强电场进行推导,但其结论对任意电场均成立。
二、电势能:(检验)电荷在电场中因受到电场力、与电荷位置有关的能,叫电势能。
1.重力势能和电势能类比1、电势能是相对的,与零电势能面有关通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零,或把电荷在大地表面上电势能规定为零。
电势能为负表示电荷在该处的电势能比 零还要小.2、电势能是电荷和电场所共有的,具有系统性3、电势能是标量4、电荷在某点的电势能,等于静电力把它从该处移动到零势能位置所做的功W AB = E PA - E P0 = E PA - 0三、电势:描述电场的能的性质的物理量。
(1)定义:电荷在电场中某A 点的电势能与它的电荷量的比值,叫做这A 点的电势。
定义式 单位 伏特(V ) 1V=1J/C 计算时E P , q , φ都带正负号 该公式适用于任何电场。
比值EpA/q 的大小与试探电荷的正负及电量q 均无关,只与电场中该点在电场中的位置有关,(2) 电势具有相对性,与零电势点的选取有关,零电势的选择是任意的,一般选地面和无穷远为零势能面。
(3)电势是标量,只有大小,没有方向,但可正可负。
相对与零势面的。
(4)电场线指向电势降低的方向四、等势面 (1)概念:电场中电势相等的点构成的面。
(2)特点: ①在同一等势面上移动电荷,电场力不做功。
②电场线与等势面垂直,由电势高的等势面指向电势低的等势面。
③任意两个等势面不相交。
④等势面疏密,表示电场强度强弱五、电势差=电压1内容:电场中两点间电势的差值叫做电势差,也叫电压。
电势具有相对性,两点的电势差具有绝对性。
与所选的零势点无关。
电势差是标量,但有正负U AB =W AB /qq U AB =W AB 适用于任何电场q U =W qE PA A =ϕA B BA U ϕϕ-=BA AB U ϕϕ-=BA AB U U -=⇒0<-=B A AB U ϕϕ。
电场学习心得与总结
电场学习心得一、静电屏蔽、示波管是难点,要搞清它们的特点和原理二、本章学习重点在于分析题中运动过程灵活掌握应用本章公式,按过程解题。
我认为本章难点在于物理过程的繁琐,及与微观电子相连,数字较小,并且一道题往往夹杂很多同时的过程,物理公式而用很多。
因此我以为解本章题首先应细心分析题目,善于画图,会将其物理过程与以前学过的物理过程联系,使解题简便。
三、通过对这一章的学习,我掌握了一些解题的方法1、在电势已知的条件下车电场线时,先找出电势相同的两点,画出等势面,然后再作出等势面的垂线,即为电场线2、电场、电势的叠加原理3、如何判断电场线的方向4、在做静电屏蔽的练习时,要紧紧抓住静电平衡的几个特点5、问题:不能很好地用功能的观点处理带电体在电场中的运动问题。
不能很好地将电学和力学结合起来。
6、物理并不需要做很多的题,关键在于能抓住典型题灵活运用课本公式解之,所以每个公式的由来、用途。
我们必须一清二楚。
另外,也要多思考,遇到一道题可以联想起类型题或者一题多解。
7、这一章学习,首先得弄清物理过程,牢记公式,与力学部分相联系,用力的观点、能量的观点、动量的观点代公式计算。
8、本章基本概念多且抽象,许多知识要在和学知识基本上学习和应用、学习中应注意复习必要的力学知识。
本章问题:(1)、做题时与力学知识联系不到一块。
(2)、不擅于分析物理过程,尤其是关于“带电粒子在电场中的运动”9、本章的知识并不是很难,但有些必须注意的东西(1)、本章的公式比较多、比较杂。
我们必须认真把握物理意义及各公式间的联系和区别,尤其是各公式应用的前提条件:适用于点电荷产生的电场,还是适用于匀强电场或者任何电场都适用。
(2)、本章的物理量虽然大部分是标题,像电势、电荷量、电势差、功等,但它们往往带正负,解题时,一定要注意正负的判断。
(3)、在力学部分学习的一些公式,在本章依然可以很好地运用,尤其是动能定理、动量定理以及重力势能、动能、电势能的转化与守恒,可以使解题简便,达到意想不到的效果。
(完整版)电场和磁场知识总结
电场和磁场知识重点总结A .主干回顾B .精要检索1.库仑定律 F =k Q 1Q 2r 2 2.电场强度的表达式(1)定义式:E =F q (2)计算式:E =kQ r 2(3)匀强电场中:E =U d3.电势差和电势的关系:U AB =φA -φB 或U BA =φB -φA4.电场力做功的计算 (1)普适:W =qU (2)匀强电场:W =Edq5.电容的定义式 C =Q U =ΔQ ΔU 6.平行板电容器的决定式: C =εr S 4πkd7.磁感应强度的定义式:B =F IL 8.安培力大小: F =BIL (B 、I 、L 相互垂直)9.洛伦兹力的大小:F =q v B10.带电粒子在匀强磁场中的运动(1)洛伦兹力充当向心力,q v B =mrω2=m v 2r =mr 4π2T 2=4π2mrf 2=ma .(2)圆周运动的半径r =m v qB 、周期T =2πm qB . 11.速度选择器:如图1所示,当带电粒子进入电场和磁场共存的空间时,同时受到电场力和洛伦兹力作用,F 电=Eq ,F 洛=Bq v 0,若Eq =Bq v 0,有v 0=E B ,即能从S 2孔飞出的粒子只有一种速度,而与粒子的质量、电性、电量无关.图112.电磁流量计如图2所示,一圆形导管直径为d ,用非磁性材料制成,其中有可以导电的液体向左流动,导电流体中的自由电荷(正负离子)在洛伦兹力作用下横向偏转,a 、b 间出现电势差.当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时,a 、b 间的电势差就保持稳定.图2由q v B =qE =q U d 可得v =U Bd 流量Q =S v =πd 24·U Bd =πdU 4B .13.磁流体发电机如图3是磁流体发电机,等离子气体喷入磁场,正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到A 、B 板上,产生电势差,设A 、B 平行金属板的面积为S ,相距为L ,等离子气体的电阻率为ρ,喷入气体速度为v ,板间磁场的磁感应强度为B ,板外电阻为R ,当等离子气体匀速通过A 、B 板间时,板间电势差最大,离子受力平衡:qE 场=q v B ,E 场=v B ,电动势E=E 场L =BL v ,电源内电阻r =ρL S ,故R 中的电流I =E R +r =BL v R +ρL S=BL v S RS +ρL . 图314.霍尔效应如图4所示,厚度为h ,宽度为d 的导体板放在垂直于磁感应强度为B 的匀强磁场中,当电流流过导体板时,在导体板上下侧面间会产生电势差,U =k IB d (k 为霍尔系数).图415.回旋加速器如图5所示,是两个D 形金属盒之间留有一个很小的缝隙,有很强的磁场垂直穿过D 形金属盒.D 形金属盒缝隙中存在交变的电场.带电粒子在缝隙的电场中被加速,然后进入磁场做半圆周运动.图5(1)粒子在磁场中运动一周,被加速两次;交变电场的频率与粒子在磁场中圆周运动的频率相同.T 电场=T 回旋=T =2πm qB .(2)粒子在电场中每加速一次,都有qU =ΔE k .(3)粒子在边界射出时,都有相同的圆周半径R ,有R =m v qB .(4)粒子飞出加速器时的动能为E k =m v 22=B 2R 2q 22m .在粒子质量、电量确定的情况下,粒子所能达到的最大动能只与加速器的半径R 和磁感应强度B 有关,与加速电压无关.16.带电粒子在电场中偏转的处理方法17.带电粒子在有界磁场中运动的处理方法(1)画圆弧、定半径:从磁场的边界点、或轨迹与磁场边界的“相切点”等临界点入手;充分应用圆周运动相互垂直的“速度线”与“半径线”。
电场 磁场知识点总结
电场磁场知识点总结电场的概念和特点电场是指电荷所产生的力场。
当一个电荷在某个空间中存在时,它会在周围产生电场,这个电场会影响到周围的其他电荷。
电场力是电荷之间相互作用的一种表现,它会导致电荷之间产生相互吸引或者排斥的力。
电场是一个矢量场,可以用矢量来描述其大小和方向。
电场的特点包括:1. 电场是相对于电荷而言的,只有在有电荷的存在时,电场才会产生。
2. 电场遵循库仑定律,即两个电荷之间的电场力与它们之间的距离和电荷大小有关。
3. 电场可以通过电场线来描述,电场线的密集程度表示该区域电场的强度。
4. 电场的方向是从正电荷指向负电荷的方向,而在正电荷附近的电场方向是由正电荷指向负电荷。
电场的测量和计算电场的大小可以通过电场力来进行测量,电场力的大小与电荷大小和电场强度有关。
电场的强度可以用电场强度来表示,电场强度是单位正电荷所受的电场力。
电场强度的单位是N/C(牛顿/库仑),其大小可以用库仑定律来进行计算。
库仑定律表示两个电荷之间的电场力与它们之间的距离的平方成反比,与它们的电荷量的乘积成正比。
可以用以下公式来表示:F=k*|q1*q2|/r^2其中F表示电场力的大小,k为比例常数(通常取9*10^9 N*m^2/C^2),q1和q2分别表示两个电荷的大小,r表示它们之间的距离。
电场的叠加原理当多个电荷同时存在时,它们分别会产生不同的电场,这些电场会叠加在一起,形成一个合成的电场。
这种现象被称为叠加原理。
根据叠加原理,总的电场可以通过各个电荷产生的电场叠加得到,这对于复杂的电场场景有着很大的帮助。
电场中的能量电场中的电荷具有潜在能量,这种能量可以通过电势能来描述。
电势能是电荷在电场中的一种能量形式,它是电场对电荷做的功。
电势能与电荷和电场的关系可以用以下公式来表示:U=q*V其中U表示电势能,q表示电荷,V表示电场的电势。
电场中的场电势电场同时也具有电势的概念。
电场中的电势可以用电势能和电荷的比值来进行描述,这种电势被称为场电势。
电场相关知识点总结
电场相关知识点总结一、电场的基本概念1. 电场的定义电场是由电荷所产生的力场,描述了在给定位置空间中的点电荷会受到的力。
电场可以通过场线图或场矢量图来表示,用于描述电荷之间的相互作用。
2. 电场的单位国际单位制中,电场的单位是伏特每米(V/m),即在一个电场强度为1伏特每米的电场中,单位正电荷所受到的力为1牛顿。
3. 电场的性质(1)电场是矢量场,具有方向和大小,用于描述电荷之间的相互作用。
(2)电场满足叠加原理,即多个电荷产生的电场可以相互叠加。
(3)电场是物理量,可以通过适当的装置进行测量和计算。
二、电场的产生和性质1. 电荷和电场(1)电荷的概念:电荷是物质中基本的性质,具有正负两种类型,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。
(2)库仑定律:描述了两个点电荷之间的相互作用力与它们之间距离的平方成反比的关系,也是导出电场概念的基础。
2. 电场的产生(1)点电荷产生的电场:在空间中某一点的电场是由该点的电荷所产生的。
(2)电荷分布产生的电场:当电荷在一定空间范围内分布时,它所产生的电场是由所有电荷叠加而成的。
3. 电场的性质(1)电场线密集区和稀疏区:电场线越密集,表示电场强度越大;电场线越稀疏,表示电场强度越小。
(2)电场的方向:电场线的方向表示电场的方向,从正电荷流向负电荷。
(3)电场强度:描述了电场的强度和方向,是一个矢量,其大小等于电场对单位正电荷所产生的力。
三、电场的应用1. 静电场的应用(1)静电场的感应:利用静电场的作用,可以实现电磁感应现象,用于传感器、发电机等方面。
(2)静电场的防护:静电场对人体和设备有一定的危害,可以通过防护措施减小其影响。
2. 动电场的应用(1)电场在导体中的分布和运动:电场在导体中的分布特性,对电流的传导和运动影响重大,如电路中的运算和功率的传递。
(2)电场与电磁波的关系:电场是电磁波的基础,电磁波的产生与传播都与电场密切相关。
4. 电场的研究(1)电场的测量:电场的测量是电磁学中的重要实验,可以通过电场测量装置对电场的强度和分布进行测定。
电场工作总结范文
电场工作总结范文
电场工作总结。
电场工作是一个重要的领域,涉及到许多不同的技能和专业知识。
在过去的一
段时间里,我有幸在电场工作领域中获得了丰富的经验,并且学到了许多宝贵的教训。
在这篇文章中,我将总结一下我在电场工作中所学到的一些重要的东西。
首先,我学会了如何正确地进行电场规划和设计。
在进行电场规划和设计时,
我们需要考虑到许多因素,比如电场的大小、形状、布局等等。
我学会了如何使用不同的工具和软件来进行电场规划和设计,以及如何与客户和其他团队成员合作,以确保电场的设计能够满足客户的需求和要求。
其次,我学会了如何进行电场施工和安装。
在进行电场施工和安装时,我们需
要考虑到许多因素,比如安全、效率、质量等等。
我学会了如何正确地使用各种工具和设备,以及如何与其他施工人员合作,以确保电场的施工和安装能够顺利进行。
此外,我还学会了如何进行电场维护和维修。
在进行电场维护和维修时,我们
需要考虑到许多因素,比如设备的老化、损坏、故障等等。
我学会了如何使用各种工具和设备进行电场的维护和维修,以及如何及时发现和解决电场的问题,以确保电场的正常运行。
总的来说,电场工作是一个非常重要的领域,需要我们具备丰富的经验和专业
知识。
通过在电场工作中的学习和实践,我不仅获得了丰富的经验,还学到了许多宝贵的教训。
我相信,在未来的工作中,我将能够更好地应用这些知识和经验,为电场工作做出更大的贡献。
电场部分总结
如图所示, 例6.如图所示,电热丝加热发出的电子,经加速 如图所示 电热丝加热发出的电子, 电场加速后,进入偏转电压为U 的偏转电场, 电场加速后,进入偏转电压为 2的偏转电场,已 知偏转电场极板长l 板间距离为 电子质量为m, 板间距离为d,电子质量为 知偏转电场极板长 ,板间距离为 电子质量为 电荷量e 电荷量 求 (1)从加速电场射出的速度 0 )从加速电场射出的速度v (2)从偏转电场射出的速度 1 )从偏转电场射出的速度v (3)从偏转电场射出的侧移量 )从偏转电场射出的侧移量y + (4)出射速度 的反向延长线与初 )出射速度v1 U1 速度v 方向的交点有何特征? 速度 0方向的交点有何特征?
结论1 经过同一个加速电场和偏转电场的粒子, 结论1:经过同一个加速电场和偏转电场的粒子,其侧 移量和偏转角与其荷质比无关 结论2:出射速度的反向延长线与初速度交于 结论 :出射速度的反向延长线与初速度交于x=l/2处 处
上例中, 例7.上例中,决定其偏转角和侧移量的因素有 上例中 哪些?决定其增加的动能的因素有哪些? 哪些?决定其增加的动能的因素有哪些? tanθ=U2ql/(mdv02) 无加速电场: 无加速电场: y=U2ql2/(2mdv02) 有加速电场: 有加速电场: tanθ=U2l/(2U1d) y=U2l2/(4U1d) 动能的增量∆E =Eyq 动能的增量 若粒子从中央射入, 若粒子从中央射入,为使带电粒子从两板间射 等于多少?(另一个已知) ?(另一个已知 出,U1或U2等于多少?(另一个已知)
在电场中,电场强度越大的地方电势越高。 8、在电场中,电场强度越大的地方电势越高。 若某区域内各点的电场强度均相等, 9 、 若某区域内各点的电场强度均相等 , 则此区域内 各点的电势一定相等。 各点的电势一定相等。 10、原静止的点电荷在只受电场力时, 10、原静止的点电荷在只受电场力时,一定从电势高 处向电势低处运动。 处向电势低处运动。 11两个等量同种点电荷连线中点的场强为零 两个等量同种点电荷连线中点的场强为零、 11两个等量同种点电荷连线中点的场强为零、电势不 为零。 为零。 12、电荷沿电场线方向移动时,其电势能一定减小。 、电荷沿电场线方向移动时,其电势能一定减小。 13检验电荷在电场中某点所受的电场力很大时,它在 检验电荷在电场中某点所受的电场力很时, 检验电荷在电场中某点所受的电场力很大时 该点具有的电势能也一定大。 该点具有的电势能也一定大。 14、把两个异号电荷靠近时,电荷电势能增大。 、把两个异号电荷靠近时,电荷电势能增大。
高考物理电场的总结与归纳
高考物理电场的总结与归纳电场是物理学中的一个重要概念,广泛应用于各个领域。
在高考物理中,电场作为一个重点内容,是考生需要深入掌握和理解的内容之一。
本文将对高考物理电场的相关知识进行总结与归纳,帮助考生更好地复习和理解。
一、电场的定义电场是指在空间中某一点处受力电荷的作用所产生的电学量。
在数学上,电场可以用矢量来表示,它的方向是电荷受力方向的方向,大小与电荷的量成正比。
一般情况下,电场强度E可以用以下公式来计算:E =F / q其中,E表示电场强度,F表示电荷所受的力,q表示电荷的量。
二、电场的性质1. 电场强度与电荷量的关系:根据电场强度的定义可知,电场强度与电荷量成正比。
当电荷量增大时,电场强度也会增大;当电荷量减小时,电场强度也会减小。
2. 电场强度的叠加原理:多个电荷在同一点产生的电场强度可以叠加。
根据叠加原理,我们可以将所有电荷产生的电场强度矢量相加,得到该点的总电场强度。
3. 电场强度与距离的关系:当电荷量不变时,电场强度与距离的平方成反比。
即电荷离观察点越远,电场强度越小;电荷离观察点越近,电场强度越大。
三、电场的计算方法1. 均匀带电体产生的电场:同一长度的线电荷所产生的电场强度大小是相等的,可以用公式E = λ / (2πε₀r) 来计算,其中λ表示线电荷线密度,r表示距离电荷所在直线的垂直距离,ε₀表示真空介电常数。
2. 均匀带电球壳产生的电场:在球壳外,电场强度大小为0;在球壳内,电场强度大小与距离球心的距离成反比,可以用公式E = (Q / (4πε₀r²)) 来计算,其中Q表示球壳的总电荷量。
3. 多个点电荷产生的电场:对于多个点电荷而言,可以通过将各个电荷产生的电场矢量相加,得到某一点的总电场强度。
根据叠加原理,可以用向量运算来计算电场强度。
四、电场能与电势能1. 电场能:电场能是指电荷在电场中由于位置改变而具有的能量。
在电场中,电荷所受的力是势能梯度的负梯度,因此电场能可以用以下公式来计算:U = qV其中,U表示电场能,q表示电荷量,V表示电势。
空间电场知识点总结初中
空间电场知识点总结初中一、电荷和电场1. 电荷电荷是物质的一种基本属性,有正负两种,分别对应原子核和电子。
同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。
电荷的单位是库仑(C)。
2. 电场电场是指电荷所产生的一种作用能,可以使空间内的其它电荷受到力的作用,这种力称为电场力。
电场是一个矢量场,用电场线表示。
电场线是从正电荷发出,指向负电荷,在电场中的运动电荷受到的力是电场力。
电场的单位是伏/米。
3. 高斯定律高斯定律是描述电场的一个重要定律,它说明了电场和电荷的关系。
高斯定律可以用来计算电场的分布和强度。
二、电场的计算1. 电场强度电场强度是电场在某一点所产生的力对单位正电荷的比值。
它是一个矢量量,方向始终指向电场的正方向。
电场强度的计算公式为E=k*q/r^2,其中E为电场强度,k为库仑常量,q为电荷量,r为离原点的距离。
2. 电场线电场线是描述电场的一种图形表示方法。
它是从正电荷出发,指向负电荷的曲线,表示了电场的方向和强度。
3. 电势能和电势差电势能是电荷在电场中所具有的能量,计算公式为W=q*V,其中W为电势能,q为电荷量,V为电势差。
电势差是单位正电荷在电场中行进时所具有的电势能的增量,计算公式为ΔV=W/q。
三、电场的性质1. 趋向自然:电场中的正电荷和负电荷都会受到电场力的作用,正电荷会朝着电场方向运动,负电荷则会和电场方向运动。
2. 趋向强劲:电场强度大的地方,电场力也会更大。
例如,两个带电物体之间的电场强度取决于它们之间的距离和电荷量的大小。
3. 平行自然:在空间中的任何点,电场的方向都是唯一的,没有电场的独立环。
4. 等势面:电场中,点到点间势能相同时,这些点所在的曲面,被称为等势面。
等势面是垂直于电场线的。
5. 电场力合成:当一个物体的电场有多个带电体,那么它所受的合成电场力是由各个电场力合成而成的。
6. 电势差叠加:当电场力的方向相同时,电势差可以叠加,或者一起相加。
四、应用1. 电场引力电场引力是重力引力和电场力叠加产生的引力,是地球周围的带电物体所产生的一种力。
电场知识点总结
高考物理复习《电场》1、三种起电方式对比表4、库仑定律的内容、公式及条件7、电场强度的两个公式的比较匀强电场等量异种点电荷的电场 等量同种点电荷的电场-点电荷与带电平板+孤立点电荷周围的电场 8、 电场线的特征电场线的特征:(1)电场线是用来形象地描述电场分布的一簇曲线,实验虽然可以模拟电场线的形状,但电10、等势面U后所获(3)电偏转带电粒子质量为m,带电量为q,以初速度v0沿垂直于电场方向射入匀强电声,仅在电场力作用下做电偏转运动。
其运动类型为类平抛运动,若偏转电场的极板长度为L,极板间距为d,偏转电压为U。
则相应的偏转距离y和偏转角度 可由如下所示的类平抛运动的规律电势能1.定义:因电场对电荷有作用力而产生的由电荷相对位置决定的能量叫电势能。
2.电势能具有相对性,通常取无穷远处或大地为电势能的零点。
3.电势能大小:电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这点移到电势能为零处电场力所做的功 4.电场力做功是电势能变化的量度:电场力对电荷做正功,电荷的电势能减少;电荷克服电场力做功,电荷的电势能增加;电场力做功的多少和电势能的变化数值相等,这是判断电荷电势能如何变化的最有效方法。
电势1.电势:电场中某点的电势,等于单位正电荷由该点移动到参考点(零电势点)时电场力所做的功。
电势用字母φ表示。
电势差1.电势差:电荷q 在电场中由一点A 移动到另一点B 时,电场力所做的功W AB 与电荷量的q 的比值。
U AB =qW AB注意:电势差这个物理量与场中的试探电荷无关,它是一个只属于电场的量。
电势差是从能量角度表征电场的一个重要物理量。
电势差也等于电场中两点电势之差①BA AB A B BA B A AB U U U U -=⎭⎬⎫-=-=ϕϕϕϕ②电势差由电场的性质决定,与零电势点选择无关。
2.电场力做功:在电场中AB两点间移动电荷时,电场力做功等于电量与两点间电势差的乘积。
W AB=q?U AB 注意:①该式适用于一切电场;②电场力做功与路径无关③利用上述结论计算时,均用绝对值代入,而功的正负,借助于力与移动方向间关系确定。
电场知识总结
电场知识总结 电场是电荷及变化磁场周围空间⾥存在的⼀种特殊物质。
那么你对电场知识了解多少呢?以下是由店铺整理关于电场知识总结的内容,提供给⼤家参考和了解,希望⼤家喜欢! ⼀、电场知识总结——库伦定律与电荷守恒定律 1.库仑定律 (1)真空中的两个静⽌的点电荷之间的相互作⽤⼒与它们电荷量的乘积成正⽐,与它们距离的⼆次⽅成反⽐,作⽤⼒的⽅向在他们的连线上。
(2)电荷之间的相互作⽤⼒称之为静电⼒或库伦⼒。
(3)当带电体的距离⽐他们的⾃⾝⼤⼩⼤得多以⾄于带电体的形状、⼤⼩、电荷的分布状况对它们之间的相互作⽤⼒的影响可以忽略不计时,这样的带电体可以看做带电的点,叫点电荷。
类似于⼒学中的质点,也是⼀种理想化的模型。
2.电荷守恒定律 电荷既不能创⽣,也不能消失,只能从⼀个物体转移到另⼀个物体,或者从物体的⼀部分转移到物体的另⼀部分,在转移的过程中,电荷的总量保持不变,这个结论叫电荷守恒定律。
电荷守恒定律也常常表述为:⼀个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和总是保持不变的。
⼆、电场知识总结——电场的⼒的性质 1.电场强度 (1)定义:放⼊电场中的某⼀点的检验电荷受到的静电⼒跟它的电荷量的⽐值,叫该点的电场强度。
该电场强度是由场源电荷产⽣的。
(3)⽅向:电场强度是⽮量,规定某点电场强度的⽅向跟正电荷在该点所受静电⼒的⽅向相同。
负电荷在电场中受的静电⼒的⽅向跟该点的电场强度的⽅向相反。
2.点电荷的电场 (2)以点电荷为中⼼,r为半径做⼀球⾯,则球⾯上的各点的电场强度⼤⼩相等,E的⽅向沿着半径向⾥(负电荷)或向外(正电荷) 3.电场强度的叠加 如果场源电荷不只是⼀个点电荷,则电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产⽣的电场强度的⽮量和。
4.电场线 (1)电场线是画在电场中的⼀条条的有⽅向的曲线,曲线上每点的切线⽅向,表⽰该点的电场强度的⽅向,电场线不是实际存在的线,⽽是为了描述电场⽽假想的线。
(2)电场线的特点 电场线从正电荷或从⽆限远处出发终⽌于⽆穷远或负电荷;电场线在电场中不相交;在同⼀电场⾥,电场线越密的地⽅场强越⼤;匀强电场的电场线是均匀的平⾏且等距离的线。
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电离层发电机 电离层发电机主要由潮汐运动(在 E 层)和热层风(在 F 层)驱动, 白天主要在电离层 E 层中产生电场, 晚上主要在 F 层中产生电场。 其高度范围约 100~300km,能在 1000km 量级的大尺度范围内产 生幅度约 5~10kV 的水平电位差,总的水平电流约 10 5 A。 磁层顶发电机 磁层顶发电机是由太阳风驱动的。它产生南北极盖区的晨-昏向 水平电压降,幅度为 30~150kV,在磁层与电离层间产生约 10 6 A 的电流。磁层顶发电机电场可以几乎无衰耗地通过磁力线而映射 到电离层高度,形成极区电离层电场。
1mV / m 量级。
亚暴膨胀相期间,伴随偶极化过程,更多地磁力线变成偶极场形态, 导致磁尾电流减小时,产生的感应电场指向西。
E sw V sw B sw ,
如右图所示, 当太阳风磁场有南向分量时, 太 阳风电场将有一个从晨侧指向昏侧的分量。 沿 磁力线映射到电离层, 在极盖区电离层中建立 晨昏电场 E 。
I
现在讨论磁力线闭合区域的对流电场和场向电流。
左图显示磁层对流电场 E m 如何投影
到电离层。在这个链路中,电离层 不只是一个被动的介质,磁层中的 某些热等离子体可以沿力线运动并 撞击大气层,产生数量可观的电离。 这一粒子沉降过程引起离散与扩散
中性大气中的电场有显著的影响。 观测表明地表附近存在垂直向下的近地面大气电场。 近地表大气中,体电荷密度分布很不均匀,具有随高度 增加而急剧递减的特征。因此,在近地面大气中的大气 电场,分布不规则,其梯度比较大。 观测表明,平均而言,晴天大气电场随高度指数减少, 而随纬度递增。
等离子层的电场
环电流在等离子体层顶产生极化电场。其过程是,环电流中的离子 比电子能更深地穿透进等离子体层的内部,从而形成电荷偶极层, 这个电荷偶极层产生极化电场。 等离子体层内的电场有两个源。 一是由等离子体层之上的磁层对流 电场向下映射所致, 二是由电离层发电机电场向上映射所致。 所以, 等离子体层中电场变化很大,尤其是在地磁活动强的时期变化更 大。 ISEE-1 卫星运行在 L=2~6 高度上,1 年观测资料表明,电场的平 均幅度在赤道为 0.2~0.8mV/m。在磁活动剧烈、磁层对流电场成 为主要源时,幅度达 1mV/m,有时可达 2mV/m。
空间电场的分类
根据麦克斯韦电磁方程组,产生电场的源共有两种: 1、按照泊松方程, E / o ,积累的电荷能产生静电场或势场。电荷 积累产生的电场称作极化电场。 2、时变磁场,能产生有旋电场, E B / t 。这种电场称作感应电场。 地球空间环境中还有几种特殊形式的电场。 沿磁力线映射(mapping)产生的电场称作映射电场或投影电场; 引起全球尺度等离子体对流运动的电场称作对流电场; 由于大气的粘性传输作用,地球空间等离子体是与地球共转的。在相对 太阳静止的参照系中测量电场,除对流电场外,还有由于地球自转所引 起的电场,称作旋转电场或共转电场。
同步卫星轨道空间中的极化电场
在同步卫星轨道空间中,粒子碰撞很少,带电粒子的运动主要受电
磁力的控制,V E B / B2
忽略场向电场,可以得到,V B E 0
其物理意义是,运动可以使洛仑兹力 qV B 和极化电场力 qE 抵消。 等离子体漂移速度的测量和电场的测量是等效的。 在麦克斯韦方程中, 位势, E V B
外磁层开放磁力线区, 逆太阳方向的对流运动等价于晨侧到昏侧横穿磁层的对流电 场,其强度为 0.3mV/m,总电压降为 60kV。 外磁层闭合磁力线区朝向太阳的对流运动等价于昏侧到晨侧的对流电场。 在等离子体层顶,电场强度约 1mV/m,那里对流电场和共转电场相等。 在内磁层中,共转电场和对流电场共同作用于带电粒子。有两个可分开的区域:一 个是接近地球的闭等位线区,称为等离子体层,以共转电场为主;另一个在等离子 体层顶之外,以对流电场为主。
太阳风压缩地球磁场将引起地磁场的时间变化。有研究者计算了这个 过程生成的感应电场。计算中考虑磁层顶运动速度 20~60km/s,则磁 尾区会产生 0.6~2mV/m 的感应电场。 当磁层顶向地球压缩运动时,产 生的感应电场指向西。 昼侧磁层顶电流所产生的感应电场值比磁尾更大,并且有很大的径向 分量。 磁层亚暴时,越尾电流发生变化,也生成感应电场。 采用环电流和磁尾模型相结合的模型,所得到的大尺度感应电场为
地球空间电场的源
在地球空间中,产生大尺度、准稳态电场主要的来源有三个, 即: 雷暴电源; 电离层发电机; 磁层顶发电机。 雷暴 雷暴是由于地面吸收了大阳光辐射后增温,造成近地面大气 强对 流所产生。全球 雷暴活动在电离 层与地面之间维持 300kV 左右的电位差,约 10 3 A 的大气垂直电流总量。
中层大气中的电场
中层大气电场主要来源于电离层电位和中性大气内部自身的电源, 中层大气内自身的电源主要是雷暴。 电离层电位对全球大气电场的控制作用非常明显。 电离层电位垂直 向下几乎可以无衰减地穿透到中层大气。 因为大气电导率向下越来越小, 所以电离层大尺度水平电场更容易 垂直向下穿透,100~1000km 大尺度水平电场可以很有效地一直穿 透到地面。1~10km 小尺度水平电场在向下穿透时很快被阻尼损耗 掉。 太阳风/磁层发电机映射到电离层后进一步向下穿透, 使高纬的气地电流和地面电场产生约20%的扰动。
E ,单位是 V/m。
电流密度 j 表征空间电流,电导率 表征地球空间介质的导电性能。 电流密度与电导率一起,通过欧姆定律, j E ,也能表征空间电场。 带电粒子密度是描述空间环境电特性的一种关联参量, 通过带电粒子间及带电 粒子与中性大气分子间的碰撞,它决定空间介质的电导率。 下面主要讨论电场强度、电流密度和电导率的有关性质。
空间静电环境的特征参量
地球空间内部和外部的电源在地球空间产生空间电场,有时还产生空间电流。 地球空间静电环境,一般可用以下四个参量来描述: 电场强度、电流密度、电导率和带电粒子密度。 电场强度表征空间静电场,是空间电环境最有代表性的参量。由于电位与电场 直接关联, 很多情况下, 空间电场可看作势场,这时, 空间电场用电势来表示,
极光带通量管上电场和磁场三维图示 极光以及气晖,并对无日照的电离
层的电导率起着主导的作用。
注意,电场投影时,其符号要改变。电离层极光带中的电场 E a 是昏-晨指
向的,与极盖区内的电场方向相反。
在磁层中等离子体的纵向电导率为无穷大,因而磁力线可以看作 等势线。 在磁层顶,横跨那些开放磁力线的电动势,通过磁力线向下映射, 达到极盖区电离层。 在极盖区电离层,也将产生一个从晨侧指向昏侧的电场 E I ,这个 电场驱动极盖区 F 层等离子体对流, 流动方向背离太阳, 速度大小为,
地球空间电场
空间电场对空间环境的影响
无论从空间物理和空间环境的基础研究, 还是从航天工程应用 的角度看,地球空间电场都是一种重要的空间环境参量。 地球空间电环境研究的重要课题包括: 在空间等离子体中,电场的形成和时空演化及其效应; 空间环境中,电流和电导率的时空变化及其效应; 航天器发射升空和回收着陆期间,防自然雷击与诱发雷 击; 航天器在轨运行期间,防高压充电和高压放电等。
B / t 0使 E 0 ,因此, E 为静电场,存在
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上式表明,等离子体漂移速度 V 与磁场 B 均在等位面内,而电场沿
等位面的法线方向。
磁层中的大尺度电场
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磁层晨昏子午面内静态大尺度电场。
实线:晨昏子午面内磁力线投影;点线:电场力线; 虚线:磁赤道面内的等电势线。
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在北半球电离层高度,弱扰动条件下,从北向下俯视的对流电场等位线图
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模型给出的赤道面内电场等势线
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赤道平面内磁层对流的观测结果。
流线也表示等电位面与赤道平面的交线。
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地球空间的感应电场
根据电磁感应定律,
E B / t
凡存在时变磁场的地方就会出现有旋电场。这种电场称为感应电场。 由于电流产生磁场,因此时变电流也能产生感应电场。 在地球空间中,有多种大尺度电流系统。这些电流随时间的变化都可以产生 感应电场。比如,在磁暴主相期间环电流增强/衰落,这种环电流的时间变 化能产生感应电场,另外,场向电流强度的变化也能产生感应电场。 磁亚暴是地球空间磁场随时间发生剧烈变化的事件,它也能生成感应电场。 在磁壳 L=7.5 的距离上, 低纬度的磁尾区, 在磁亚暴开始时曾观测到 30mV/m 峰值的西向脉冲电场,就是这种感应电场。这种强脉冲电场的出现时间尺度 很短,只有几十毫秒到几十秒。
Eo (静日) 0.4mV / m 2.6 kV / RE Eo (扰日) 1.0mV / m 6.4 kV / RE
对流电场与太阳风速度 V 和地磁 K p 指数之间的经验关系为
Eo 3.63 (V / 533 )2 kV / RE
Eo 4.5 10 -4 ( 1 0.1K p ) V / m
白天中纬电离层计算的电导率高度分布
在中纬电离层中和在中午时段, 计算的电导率高度分布如上图所 示。注意,Hall 电导率和 Pederson 电导率的峰值出现在电离层 E 区,纵向电导率随高度上升而不断增大,达到很大的量值。
在电离层发电机区,风场 (潮汐风和热层风)是发电机的驱动 力。它们驱动带电粒子运动,生成电场和电流。潮汐风场所 产生的的电场是极化电场。 大尺度风场,如潮汐风场,产生大尺度电流,即 Sq 电流。小 尺度风场即局地风场则产生局地电流。 最有代表性的局地电流结构是赤道电集流和极光电集流。 在印度上空测量得到,对于 5%的电子密度波动,赤道电集流 中电场强度的幅度可达 20mV/m。 理论上,根据热层大气环流的风场可以计算电离层发电机所 产生的电离层电位、电场和电流。
地球外层空间中 电场的特征
地球空间中的极化电场