电磁学第一章
电磁学 第一章 第一节
第一章 静电学的基本规律
9
正 玻 璃 云 母 毛 皮 丝 绸 纸 棉 布 木 材 硫 磺 橡 胶 硬 橡 胶 负
摩擦带电系列(常温)
第一章 静电学的基本规律
4
电磁学
§1.1 物质的电结构 两种电荷:正电荷和负电荷。 电荷之间的相互作用规律: 同号相斥、异号相吸
电荷守恒定律
2. 电子
质子
夸克
原子是电中性的,原子核中的中子不带电、 质子带正电、核外电子带负电,并且所带电量的 绝对值相等。 实验表明,电子是自然界具有最小电荷量的带 电粒子,这最小电荷量称为元电荷,
第一章 静电学的基本规律
7
电磁学
§1.1 物质的电结构
电荷守恒定律
4. 导体和绝缘体导体,有良好的导电性 Nhomakorabea 10
6
R
L S
.m :
7
第一类导体:金属(自由电子) 第二类导体:酸碱盐溶液(正、负离子) :绝缘体
7
10 .m
10
6
非金属,几乎没有导电本领 半导体
.m 10 .m :
电磁学
§1.1 物质的电结构
电荷守恒定律
第一章 静电学的基本规律
静电学研究的对象是相对观察 者静止的电荷及其周围的电场。
第一章 静电学的基本规律
1
电磁学
§1.1 物质的电结构
电荷守恒定律
1.电荷、摩擦起电
一切电的现象都起源于电荷的存在或电荷的运动。 雷电是人类最早观察到的电现象,人们对电现 象的研究起始于摩擦起电。用丝绸摩擦玻璃棒或用 毛皮摩擦橡胶棒,玻璃棒或橡胶棒都能吸引轻小物 体,我们就说它们带了电或有了电荷。 摩擦起电现象十分普遍,摩擦起电是一个非常 复杂的过程。两物体摩擦后带何种符号的电荷是由 许多因素决定的,如表面的杂质层、物体的温度、 物体表面的光洁程度等。当玻璃的表面比较粗糙 (如摩擦系数μ>0.18 )或温度较高时,经丝绸摩擦 后的玻璃棒并不带正电,而带负电。
大一电磁学知识点第一章
大一电磁学知识点第一章第一章电磁学基础知识电磁学是物理学的一个分支,研究电荷与电流所产生的电场和磁场现象以及它们之间的相互作用。
在大一的学习中,我们首先需要了解一些电磁学的基础知识。
本文将为大家介绍第一章中的几个关键知识点。
一、电荷与电场电荷是物质所具有的基本属性之一,分为正电荷和负电荷。
同性电荷相互排斥,异性电荷相互吸引。
电场是电荷周围的一种物理场,具有方向和强度的特点。
我们可以通过电场线来描述电场的性质,电场线由正电荷沿着电场方向指向负电荷。
二、库仑定律库仑定律是描述静电相互作用力的数学关系,它表明两个点电荷之间的力与它们之间的距离成反比,与它们之间的电荷量平方成正比。
库仑定律的公式为:F = k * (|q1| * |q2|) / r^2其中,F代表两个电荷之间的力,k是比例常数,q1和q2分别代表两个电荷的电荷量,r是两个电荷之间的距离。
三、电场强度电场强度是电场对单位正电荷的作用力大小,用E表示。
在电场中,可以通过电场强度来计算电荷所受的力。
电场强度的计算公式为:E =F / q其中,E表示电场强度,F表示电荷所受的力,q表示电荷量。
四、高斯定理高斯定理是描述电场的一个重要定律,它通过电场线的通量来描述电荷的分布情况。
高斯定理的公式为:∮E·dA = Q / ε0其中,∮E·dA表示电场线在闭合曲面上的通量,Q表示闭合曲面内的电荷量,ε0是真空介电常数。
五、电势差在电磁学中,电势差是描述电场能量转化的一个重要概念。
电势差是指电场中从一点移到另一点所需的功,单位为伏特(V)。
电势差的计算公式为:ΔV = W / q其中,ΔV表示电势差,W表示电场对电荷所做的功,q表示电荷量。
六、电容和电容器电容是描述电路元件存储电荷能力的物理量,单位为法拉(F)。
电容器是一种用于存储电荷的装置,由两个导体之间的绝缘介质隔开。
电容的计算公式为:C = Q / ΔV其中,C表示电容,Q表示存储的电荷量,ΔV表示电势差。
电磁学第一章静电场.ppt
n
E Ei i 1
(4) 电场强度与电场力的关系 F q0 E
18
三、电场强度的计算
(1) 点电荷Q所产生电场的电场强度
电荷q 在电场中受力
F 4 0r 2 r0
F
Q
E q 4 0r 2 r0
r0 是由源电荷Q 指向场点. 场强方向是正电荷受力方向.
(2) 点电荷系所产生的电场的电场强度
2
3. 创设模型。物理学并不讳言自身只研究模型。模型并不全同 于真实,但物理学的成功正在于创造出许多成功的模型。模型是 “理想化”的,但不是“伪劣”的,它突出了许多表面上看是千差 别的物体最本质的特征,例如法拉第的“力线”模型的建立。
三、悟物穷理
学好物理学,关键是勤于思考,悟物穷理。
“细推物理须行乐,何用浮名绊此身”
一、电场线——用一簇空间曲线形象地描述场强的分布
1. 规定:曲线上每一点的切线方向为电场强度方向。大小为 在垂直于场强方向上单位面积上的电力线数目。
2. 电力线性质
E dN dS
1) 静电场电力线始于正电荷(或无穷远)终止于负电荷, 不会
在没有电荷处中断;
2) 两条电力线不会相交;
3) 静电场的电力线不会形成闭合曲线.
一、迎接挑战—关于电磁学的教学
1. 电磁学-研究对象的重大变化,必将引起基本观念、规律 性质的深刻变化,必将导致新的概念、新的研究方法、新 的描述手段和新的数学工具的出现,从而标志新的研究领域 的开辟,预示新的理论的诞生。
2.电磁场理论的研究由静止转为运动,由稳恒步入变化,最终 建立了一组十分优美而简洁的麦克斯韦方程组。它概括了麦 克斯韦之前所有的电磁经验定律。它不仅是物理学史上划时 代的伟大成就,也为理解什么是物理理论、怎样建立物理理 论提供了光辉的范例。
电磁学第一章答案
: 建立XOY坐标系。
q和
q在A点产生
的场强E和E分别为
E
q
4
0
r
l
2
2
i
E
4
q
0
r
l 2 2
i
l
l r
E EA E
• A
v EA
v E
v E
q
4 0
r
1
l 2
2
r
1
l 2
2
v i
2qrl
v
4 0r 4
1
l 2r
2
1
l 2r
2
i
第一章 —— 静电场
20
用于该电荷的静电力的矢量和。
离散状态
N
F Fi
i 1
r Fi
qqi
4 0ri2
rˆi 0
F
F2
r10 q
F1
q1
q2 r20
连续分布 F dF
r dF
qdq
40r 2
rˆ0
第一章 —— 静电场
11
§2 电场 电场强度
一、电场
实验证实了两静止电荷间存在相互作用的静电力,
但其相互作用是怎样实现的?
1. 静电场
基本内容:
2. 恒磁场 3. 电磁感应
4. 电磁介质
5. 电路
6. 电磁理论
第一章 —— 静电场
1
第一章 静电场
§1 静电的基本现象和基本规律 §2 电场 电场强度 §3 高斯定理 §4 电势及其梯度 §5 静电场中的导体
§6 电容和电容器 §7 静电场边值问题的唯一性定理
第一章 —— 静电场
第一章 电磁学基本定律
e = −N
其中ψ = N Φ 叫做磁链。
dΦ dψ =− dt dt
(1.3-1)
7
运动控制系统 第一章
磁通 Φ (t , x ) 是时间 t 和线圈对磁场相对位移 x 的函数。将式(1-23)写成全微分形式
e = −N
若 dx dt = 0 ,则
d Φ (t, x ) ⎛ ∂Φ ( t , x ) ∂Φ ( t , x ) dx ⎞ = −N ⎜ + ⋅ ⎟ dt ∂x dt ⎠ ⎝ ∂t
F 954.6 = = 9.546 A N 100
铁心的磁路虽然很短,仅仅为磁路总长度的千分之一,但是磁场强度却达到了铁心中磁场强 度的5000 倍,所以磁压降却可以明显大于铁心的磁压降。在本例中气隙的磁压降达到了铁心 磁压降的 5 倍。励磁电流增加了 5 倍。
1.3 电磁感应定律
线圈中的磁通量 Φ 发生变化时,在该线圈中将产生与磁通变化率成正比的电动势,若线圈匝数为 N,则
磁路欧姆定律可以写为
(1.2-15)
F = RmΦ 或者 Φ = Λ m F
材料的磁导率。由磁阻的定义 Rm = l
(1.2-16)
作用在磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。磁阻(磁导)取决于磁路的几何尺寸和构成磁路
μ S 可以得到,磁阻于磁路的长度成正比,与磁导率和横截
δ Φ = ( RmFe + Rmδ ) Φ μ0 S
(1.2-11)
B = μH
根据安培环流定律,可以得到如下的形式
(1.2-12)
F = Ni = Hl =
B
μ
l=
l Φ μS
(1.2-13)
其中定义磁路的磁阻(magnetic reluctance)为
电磁学笔记(全)
电磁学笔记(全)第一章 静电场1.1库仑定律物理定律建立的一般过程 ⏹ 观察现象; ⏹ 提出问题; ⏹ 猜测答案;⏹ 设计实验测量;⏹ 归纳寻找关系、发现规律;⏹ 形成定理、定律(常常需要引进新的物理量或模型,找出新的内容,正确表述); ⏹ 考察成立条件、适用范围、精度、理论地位及现代含义等 。
库仑定律的表述: (p5) ⏹ 在真空中,两个静止的点电荷q1和q2之间的相互作用力大小和q1 与q2的乘积成正比,和它们之间的距离r 平方成反比;作用力的方向沿着他们的联线,同号电荷相斥,异号电荷相吸。
1.2电场强度电荷q 所受的力的大小为:场强 E = F/q场强叠加原理:点电荷组: 连续带电体:1.3 高斯定理任意曲面:的电量大小、正负有关激发的电场有关q Q r Qq F 与与2041πε=∑=iiE∧⎰⎰⎰==r rdq d d 2041,πεSd E EdS d S E ⋅==θcos Φ的通量通过d ∑⎰⎰=⋅=Φ内S iSE qd 01ε⎰⎰⋅=ΦSESd E 受的力的方向一致方向:与单位正电荷所小场中受到的电场力的大大小:单位正电荷在电E高斯定理:1.4 环路定理⏹ 电荷间的作用力是有心力 —— 环路定理⏹ 在任何电场中移动试探电荷时,电场力所做的功除了与电场本身有关外,只与试探电荷的大小及其起点、终点有关,与移动电荷所走过的路径无关 ⏹ 静电场力沿任意闭合回路做功恒等于零⏹ 两点之间电势差可表为两点电势值之差1.5 静电场中的导体⏹ 导体:导体中存在着大量的自由电子电子数密度很大,约为1022个/cm3静电平衡条件1.7电容和电容器20204141επεπεqdS r qdS r qEdS S d E SS SS E ====⋅=⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰Φ)()(Q U P U d d d U QPQ PPQ -=⋅+⋅=⋅=⎰⎰⎰∞∞'0E E E +=内= 0导体储能能力与q、U无关关与导体的形状、介质有⎪⎩⎪⎨⎧⎭⎬⎫=Uq C ⎰⎰∑∑==iS e ii n i i i e dSU U Q W σ2121第二章 恒磁场2.1 奥斯特实验奥斯特实验表明:⏹ 长直载流导线与之平行放置的磁针受力偏转——电流的磁效应 ⏹ 磁针是在水平面内偏转的——横向力⏹ 突破了非接触物体之间只存在有心力的观念——拓宽了作用力的类型2.2 毕奥—萨筏尔定律B-S 定律:电流元对磁极的作用力的表达式:⏹ 由实验证实电流元对磁极的作用力是横向力⏹ 整个电流对磁极的作用是这些电流元对磁极横向力的叠加⏹ 由对称性,上述折线实验结果中,折线的一支对磁极的作用力的贡献是H 折的一半磁感应强度B :⏹ 电场E 定量描述电场分布 ⏹ 磁场B 定量描述磁场分布 ⏹ 引入试探电流元2.3 安培环路定理⏹ 表述:⏹ 磁感应强度沿任何闭合环路L 的线积分,等于穿过这环路所有电流强度的代数和的μ0倍构成的平面B 成反比与r 成正比与B 2r l d d Idl r r l d I d ,sin )(413110⊥⨯=,、θπμ2tan αr I k H =折k k 21=,)ˆ(12212122112r r l d l d I I k F d ∧⨯⨯=⎰∧⨯⨯=112212122102)ˆ(4L r r l d l d I I F d πμ22l dI 11l d∑-=内L I II 2122.4 磁高斯定理 磁矢势磁场的“高斯定理” 磁矢势 :⏹ 磁通量⏹ 任意磁场,磁通量定义为 : ⏹ 磁感应线的特点:⏹ 环绕电流的无头无尾的闭合线或伸向无穷远: 磁高斯定理 :⏹ 通过磁场中任一闭合曲面S 的总磁通量恒等于零 ⏹ 证明:⏹ 单个电流元Idl 的磁感应线:以dl 方向为轴线的一系列同心圆,圆周上B 处处相等;⏹ 考察任一磁感应管(正截面为),取任意闭合曲面S ,磁感应管穿入S 一次,穿出一次。
赵凯华_电磁学_第三版_第一章_静电场_129_pages
dq
dV
q
P
(点电荷!!)组成,然后利用场强叠加 原理
r
dE
E
q
dE
q
dq 4 0 r
ˆ r 2
dq dV ds dl
体电荷 密度 面电荷 密度 线电荷 密度
dq dl
dq dV
dq ds
电荷密度 一般是位 置的函数
例1
等量异号电荷的电场 电荷之间的距离为 l。
E q 4 0 r ˆ r 2
球对称!!(图示见 下页) r 从源电荷指向场点 场强方向:
两式得
正电荷受力方向
z
F q ˆ r 2 q0 4 0 r
o
j
A
y
球对称!
静电场基本 特性的原因 !!!
x
问题 如何求 任意 带电体的场强?
方法: 电力叠加原理+场强定义
2 0
E E E
在可视为电 偶极子时 E
ˆ r
4 r
q
2 0
ˆ r
ˆ ˆ p 3 r p r 3 4 0 r
1
推导:
E 4 r q
2 0
ˆ r
4 r
q
P
ˆ r
2 0
r
r
l
q r r E 3 3 4 0 r r
由图中
q
r
q
矢量关系
平方
2 2
l r r 2
2
l r r 2
l r r r l 4
2 2 2
l r r r l, 4
《中学物理》第3册 电磁学 第1章 静电场—知识重点
《中学物理》第3册电磁学第1章静电场知识重点在“第1章静电场”是电学的基础,也是学生学习《中学物理》的难点内容。
本章的基础知识多、而且概念抽象,如:电场强度、电势、点电荷电场、匀强电场、电荷守恒定律、库仑定律、电力线、等势面、静电感应、电容器等。
一、库仑定律库仑定律:①大小:在真空中,2点电荷之间的作用力(F),与它们所带的电量(Q1)和(Q2)乘积成正比,与它们之间的距离平方(r2)成反比。
②方向:作用力的方向,在2点电荷之间的连线上。
③性质:同种电荷相斥,异种电荷相吸。
④公式:其中:F:电场力(库仑力)。
单位:牛顿(N)。
k:静电常数。
k = 9.0×109。
单位:牛顿·米2/库仑2 (N·m2 / C2)。
静电常数:在真空中2个相距为1米(m)、电荷量都为1库仑(C)的点电荷(Q1Q2)之间的相互作用力(F)为9.0×109牛顿(N)。
Q1Q2:2点电荷分别所带的电量。
单位:库仑(C)。
r:2点电荷之间的距离。
单位:米(m)。
注意:①库仑定律公式适用的条件:一是在真空中,或空气中。
二是静止的点电荷。
是指2个距离(r)足够大的体电荷。
②不能认为当r无限小时,F就无限大。
因为当r无限小时,2电荷已经失去了作为点电荷的前提。
③不用把表示正、负电荷的“+、-”符号,代入公式中进行计算。
可以用绝对值来计算。
计算的结果:可以根据电荷的正、负,来确定作用力为“引力/斥力”?以及作用力的方向。
④库仑力遵守牛顿第三定律。
2电荷之间是:作用力和反作用力。
(不要错误地认为:电荷量大的,对电荷量小的,作用力就大。
)附录:电量的单位:库仑(C)。
库仑(C):当流过某曲面的电流1安培时,每秒钟所通过的电量定义为1 库仑。
即:1 库仑(C)= 1 安培·秒(A·S)二、电场强度⒈电场强度①电场强度(E)为放入电场某一点的电荷,受到的电场的作用力(F),与它的电量(q)的比值。
电磁学第一章总结
电磁学第一章总结电磁学是物理学的一个重要分支,研究电荷、电流、电磁场等电磁现象及其相互作用规律。
本文对电磁学第一章的内容进行总结,介绍了电磁现象基本概念、电场和电势、电荷和电场的相互作用等。
一、电磁现象基本概念电荷是电磁现象的基本概念,它是物质所具有的基本性质之一。
电荷有正负之分,同性相斥,异性相吸。
带有相同符号的电荷之间存在排斥力,带有相反符号的电荷之间存在吸引力。
电流是电荷在导体中的运动形式,可以是正电荷、负电荷或者是带电粒子。
电流可以通过导体中的自由电子产生,也可以通过电离产生。
电磁场是电荷周围存在的一种场,可以产生电、磁、光等现象。
电场和磁场是电磁场的两个基本概念,它们是相互独立的。
二、电场和电势电场是指在某一点处的电荷所产生的感应力。
在电场中,电荷会受到电场的力作用,力的大小和方向与电荷的电量和电场强度有关。
电场强度E是描述电场强弱的物理量,它表示单位正电荷在电场中受到的作用力的大小。
电场强度是一个矢量量,方向是电场力的方向。
电势是描述电场对电荷的影响程度的物理量,它是一个标量量,表示单位正电荷从无穷远处到该位置所需要克服的电场力所做的功。
电势是电场的一种统计量,它可以用于计算电场中带电粒子的运动情况。
三、电荷和电场的相互作用电荷和电场之间存在相互作用的关系,电荷受到电场力的作用,而电场则是由周围的电荷产生的。
库仑定律是描述电荷和电场相互作用的基本定律。
库仑定律规定,同种电荷之间的相互作用力为斥力,大小为F=kq1q2/r^2;异种电荷之间的相互作用力为吸引力,大小也是F=kq1q2/r^2。
其中,q1和q2是电荷量,r是两个电荷之间的距离,k是库仑常数。
电场中的电荷受到的力可以通过电场力线来表示。
电场力线是表示电场强度和方向的一种图形表示法,是从正电荷向负电荷的方向作出的连续曲线,线的方向与电场强度方向相同。
电荷和电场的相互作用是电磁学中的基本问题之一。
了解电荷和电场之间的相互作用规律,可以更好地理解电磁现象,并且在电路设计和电子器件制造等领域中有着广泛的应用。
电磁学--第三版--课件知识讲解
R
o
r
dr
(x2 r2)1/2
xPx
第一章 静电学的基本规律
30
电磁学
讨论
1-3 电场和电场强度
Ex( 1 1 )
2ε0 x2 x2R2
xR
E
2ε0
xR
E
4
q π ε0
x2
R
o xPx
如何求无限大均匀带电平面的电场?
第一章 静电学的基本规律
31
电磁学
1-3 电场和电场强度
E 2 0
无限大均匀带电平面的场强,匀强电场.
一般来讲,空间不同点的场强的大小和方向都是不同
的,即电场强度是 空间位置的函数, E E (x ,y ,z)
电场是矢量场,若空间各点场强的大小和方向都相同, 则称为均匀电场或匀强电场。
第一章 静电学的基本规律
2
电磁学
1-3 电场和电场强度
电场的基本特性是对场中的电荷有力的作用,若将电 量为q的点电荷置于场强为 E的某点,则该点电荷所受
1 dq
dE 4πε0
r2
er
根据场强叠加原理,整个带电体在 点P激发的场强
为
1 dq
E dE 4πε0 r2er
dq + + +
+ ++
+ e + + r
+
r
d1-3 电场和电场强度
E
1
4π0
dr2qer
计算时将上式在坐标系中进行分解,再对坐标
无限长均匀带电直线的场强
E 2 π 0a
无限长带电直导线附近某 点的场强 E大小与该点离
带电直线的距离 a成反比,
电磁学-第一章
物理学的发展已经经历了三次大突破
17、18世纪,由于牛顿力学的建立和热力学的 发展,引发了第一次工业革命(蒸汽机和发展机械 工业);19世纪麦克斯韦电磁理论的建立,引发了 第二次工业革命(制造了电机、电器和电讯设备, 引起了工业电气化);20世纪以来,爱因斯坦相对 论和量子力学的建立,人类进入了原子能、电子计 算机、自动化、激光、空间科学等高新技术时代。
一、对自然界中电磁现象的观察和认识;(定性研究) 二、库仑实验定律(电荷相互作用的定量研究); 三、科学家伏打等人发现电流并制成伏打电堆 (从
静电的研究进入到研究动电的新阶段); 四、奥斯特实验和法拉第电磁感应定律; (揭示了
电和磁的相互联系) 五、麦克斯韦电磁理论和电磁波(电磁理论的统一)。
内 容:
§1 静电场的基本现象和基本规律
一、电荷
1、摩擦起电 物体由于摩擦有了吸引轻小物体的性质,它就带了电,
有了电荷,这种带电叫摩擦起电。
2、两种电荷 实验表明,自然界中只存在两类电荷:正电和负电,
且同性电荷相斥、异性电荷相吸引。
规定:丝绸摩擦过的玻璃棒,棒上带电为正;毛皮摩擦 过的硬橡胶棒,棒上带电为负。
3、电荷测量
(1)电量的测量
验电器 (金属球)
(金属箔)
静电计
动 静
(a) 验电器:张开情况可定性 说明电量多少
(b) 静电计:弧度刻尺上读数, 可用于测量电位
(2)电荷正负判定
同性
张角变大
已带某种已知电荷
异性
张角变小
二、静电感应 电荷守恒定律
1、静电感应
另一种重要的起电方法是静电感应,静电 感应实质上为电荷转移的过程:
数学表达形式为: 写成等式形式则有:
【精选】电磁学第一章PPT实用资料
Text book: 电磁学 (赵凯华
陈熙谋)
Reference books:
2.电磁学1。电磁(学大学(物王楚理等通)用教程,陈秉乾等)
Reference books: 3.电磁学 (赵凯华等) 4.电磁学千题解 (张志翔) 5. 电磁学专题研究 (陈秉乾等)
6.电磁学 (张玉民等,科技大学) 7.电磁学 (贾起民等,复旦大学) 8.University Physics (卢德馨,南京大学)
2、场的概念
在力学中已学过万有引力场、重力场、弹性力场等,这里 谈电场。
凡是有电荷的地方,围绕电荷周围空间即存在电场,即电荷 在其周围空间激发电场,且电场对处在其中的其它电荷施加 力的作用。该作用仅由该电荷所在处的电场决定,与其它地 方的电场无关,表明电力作用方式:
[说明]
电荷 q1 F21
电场
电荷q2 F12
q0 P
r
Q
图1-7
1、试探电荷
满足条件:(1) 电荷q0的电量应足够小,以致对场源电荷 影响小;
(2) 电荷q0的尺度应尽可能小,以致精确定位 于场点处。
2、场强 用库仑力描述场是不合适的,但用力定义场是恰当的,分 析如下:
3、物质按导电性能分类
(1) 导体
价电子—自由电子,晶格,原子实 静电感应
(2) 绝缘体
束缚电荷(自由电子很少)
(3) 半导体
多数载流子—电子(n 型),空穴(p 型) p-n结
四. 库仑定律
(1)点电荷 —— 理想模型
当带电体本身线度比带电体之间的距离小的多时,带电体 的形状、大小、体积对相互作用力的影响可以忽略不计,这 样的带电体。它是一种理想化的物理模型。
(b) (d)
电磁学第一章静电场
contents
目录
• 静电场的定义与性质 • 电场与电场线 • 静电场的物理量 • 静电场的规律 • 静电场的实际应用
01
CATALOGUE
静电场的定义与性质
静电场的定义
01
静电场是由静止电荷产生的电场 ,其特点是电荷在电场中受到静 电力作用。
02
静电场是由电荷分布决定的,与 时间无关,是一种稳态的电场。
在电子设备中,静电屏蔽可以防止电磁干扰(EMI)对设备性能的影响,提高设备 的稳定性和可靠性。
在实验室和工业环境中,静电屏蔽可以保护精密仪器和设备免受外部电场的影响, 确保实验结果的准确性和可靠性。
THANKS
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性。
静电感应的应用
静电感应是指当一个带电体接近导体 时,导体表面会出现电荷分布的现象 。静电感应在许多领域都有应用。
在印刷电路板制造中,静电感应焊接 技术被用于将电子元件焊接到电路板 上。
在电子显微镜中,利用静电感应原理 可以检测样品表面的电荷分布,从而 获得高分辨率的图像。
静电屏蔽的应用
静电屏蔽是指利用导电材料将电场隔离的措施,以保护电子设备和人员免受电场的 影响。
环路定理
总结词
环路定理描述了电场线沿闭合路径的线积分与该闭合路径所 围成的面积上的电荷量之间的关系。
详细描述
环路定理是静电学中的另一个基本定理,它表明电场强度沿 闭合路径的线积分等于该闭合路径所围成的面积上的电荷量 与真空中的介电常数之比。这个定理表明,电场线在无电荷 的地方不会中断,也不会形成闭合曲线。
衡。
05
CATALOGUE
静电场的实际应用
电容器
电容器是静电场中最重要的实际 应用之一。它由两个平行且相对 的导体(通常为金属箔或板)构
电磁学教学资料 电磁学第一章
(1)当 x << R,圆盘 “无限大”带电平 板
E 2 0
(2)当x>>R,圆盘点电荷
E q
40 x2 33
§1.5 电通量 高斯定理
面元法向单位矢量
一、电通量(Flux)
n
1、通过面元 S 的电通量
q
定义 面E 元S 矢c量o qS s E Sn S n ,则有Scoqsq S
• 在正方形的四个顶点分别有电量为Q的固 定点电荷,在正方形对角线交点上放置 一个质量为m、电量为q的自由点电荷。 将q沿某一对角线移动一个很小的距离, 证明q将作简谐振动, 并求振动周期。
§1.3 电场和电场强度
惯性系,点 p(x,y,z)
q0
检验电荷
(静止)
任意电荷分布 静止或运动
F
测受力
S
4 r
r
2
2
4
S
dS
d
dS
Or
41
(2)通过包围点电荷 q 的任意闭合曲面的电通
量为 q/0
d E dS
S
q 4
0
dS r2
E
E S
通过面元的电通量的符号,与面元矢量方
向的定义有关。
34
2、通过曲面 S 的电通量
面元Si可定义两个指向
Si E i
lim S 0
Ei
i
Si
S
EdS
S
的正负依赖于面元指向的定义
3、通过闭 合曲面S的电通量
dS E
规定dS的方向指向外为正
光子静质量上限为10-48 kg.
电磁学第一章静电场1-2
大小:单位正电荷在电场中受到的电场力的大小 方向:与单位正电荷所受的力的方向一致
单位 牛顿/库仑
NC-1
例:点电荷的 场强分布
q
1.点电荷的场强公式 根据库仑定律和场强的定义 Qq 由库仑定律 f 2 r 4 0 r 由场强定义 由上述
f E q
E Q 4 0 r
2
Q r
讨论
r
球对称 ˆ r 从源电荷指向场点 场强方向
r
两式得
正电荷受力方向
场强叠加原理
实际就是力的叠加原理
点电荷组在空间某点产生的电场等于各点电荷
单独存在时在该点产生的场的矢量和。
点电荷组
E Ei
i
连续带电体
E d E ,
dq dE r 2 4 0 r 1
注意
E Ei
i
dq E d E , d E r 2 4 0 r
1
上式是矢量积分,具体计算时,要化成标量
积分 dq是什么?积分限如何确定?几重积分? 由带电体的电荷分布决定
体分布 dq edv
e为体电荷密度
面分布 dq eds
e为面电荷密度
线分布 dq edl
e为线电荷密度
电 场 线
例题2: 计算电偶极子臂 的延长线上和中 垂线上的场强分 布,设 l r
电偶极子:一对靠得很 近的等量异号电荷构成 的带电体系.
(1)延长线上
E P E E
q E 4 0 (r l ) 2 2 1
E
1
q 其中, 2l
方向如图
cos
r r2 z2
电磁学(地物)课件 第一章-1
e 1.60218921019库仑
• 二、库仑定律(coulomb’s law) • 法国物理学家(1736-1806)
• 点电荷之间的相互作用规律 • 点电荷:
• 库仑定律:真空中两个静止点电荷之间的作用力:
F10
k
q0q1 | r10 |3
r10
F01
三 、 叠加原理:
3、任意带电体
(将连续分布带电体无限分割为一个个电荷元)
连续带电体的电场
对电荷连续分布的带电体,可划分为无限多个电荷
元dq(点电荷), 用点电荷的场强公式积分:
Q E
dE
Q
dq
Q 4 0r 2 er
dq dV
r 体电荷分布 dq dq dV
P
dV
dE
面电荷分布 dq dq ds
Ey
4 0 a
(cos1
cos2 )
当直线长度
Ex Ey
0
4
L 0a
2
{
1 2
第一章 真空中的静电场
• 1.1 电荷守恒 • 1.2 库仑定律 • 1.3 叠加原理 • 1.4 电场强度 • 1.5 高斯定理 • 1.6 环路定理 • 1.7 电势
一、电荷 电为物质的一种基本特性,电不能离开物质而
存在,不存在不依附物质的“单独电荷”。 1、电荷的种类:两种 2、最小电量、电荷的量子性 3、电荷的对称性 4、电荷守恒
q0 40r3
电场强度E是 坐标函数E(x,y,z)
单位: N c
or
伏特 米
电场是带电体周围的一个具有特定性质的空 间,该空间的任一点,外来电荷都会受到一定 大小、方向的作用力。
电磁学第一章(全)
a
Q
O
x
q
Q
Q
34
课后重点复习
一、定义:点电荷 矢径 电偶极子
电场强度 场强叠加原理
电矩
二、公式:库仑力 (应用条件、矢量表达式、 大小、方向) 点电荷场强公式(大小、方向矢量表达式)
三、解题方法:点电荷系和任意连续 线状分布带电体
产生的场强E分布。
35
场强定义
F E q0
E q er 2 4 0 r 1
E p E q E q
E P E q E q
E q
方向:向右
r
q
l
q
E q
P
E q
1 2p E 4 π 0 r 3
19
(2)中垂线上:
E q
E q
q l 4 o ( r ) 4
2 2
方向如图
q
2 2
E+ y E
E Px
十八世纪法国最伟大的物 理学家,杰出的工程师,在电学、 磁学、磨擦和工程上都有重大贡 献. 1785年通过扭秤实验创立库 仑定律, 使电磁学的研究从定性 进入定量阶段. 电荷的单位库仑 就是以他的姓氏命名的.
10
扭秤实验
旋 钮 金属悬丝
带电小球
带电固定 小 球
可扭转 横 杆
11
三、电场强度(Electric Field Strength)
x
方向如图 l 4 o ( r ) 4 E q cos E q cos
2 E q cos
p
Er
E Py 0
cos
+q
l 2
E
电磁学1章(1-3)
荷受的力。
(3)若 E C ,则为均匀电场,各点场强大小、方向相同。
三、场强的叠加原理:
由静电力的叠加原理:
n
F F1 F2 Fn Fi
根据电场强度的定义
i 1
F F1 F2 Fn
q0
q0
q0
q0
q1
•
q•2
F2
q•3
n
即
E E1 E2 En
Ei
i 1
F3
光子—电磁场 电子—电子场 引力子—引力场
数学场:数学场就是在空间的每一点都对应某个物理量 的确定值,这个空间就称为该量的场。数学场不一定是物质 存在的形式而是为了研究方便才引入的一个概念。如果这个 物理量是矢量,则称为矢量场。例如速度场、电场强度场。 如果这个物理量是标量,则称为标量场。例如温度场、大气 压力场。是空间位置的函数的物理量就是场。
不随时间变化的场称为稳恒场,随时间变化的场称为
非稳恒场 ,或交变场。 v v(x, y, z)
v v(x, y, z,t)
T T (x, y, z)
T T (x, y, z,t)
电(磁)场既是物理场,也是数学场。
5、物理场概念的重要性:
场的概念的提出为电磁学(相互作用)研究指出了正确方 向,使电磁学研究得到迅速发展。
2、电场概念: 电荷q1 电场电荷 q0
电荷周围存在一种称之为电场的特殊物质,它对位于其中的电 荷 有作用力。
静止电荷产生的电场称为静电场.
3、电场的性质:
1)对处在电场中的电荷施加力的作用。
2)电荷在电场中移动时,电场力做功。
4、场的概念的进一步说明:
r
q1
rˆ
P
q0 F
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1第一章基本概念
一.Maxwell 场方程组的表示形式及各方程的物理意义:
Maxwell 的贡献在于以静电场与稳恒电磁场为基础,考虑了随时间变化的因素,提出科学的分析与假设,并引入了位移电流概念,从数学上进行高度概括和总结,最终获得时变电磁场的基本方程。
揭示了电场与磁场之间以及场与流之间相互联系的规律。
它预言了电磁波的存在,是一切
宏观电磁理论的基础。
本章要求:掌握研究电磁场的基本方程、表示形式、物理意义等。
其中,前二个方程为其核心,它显示了场量之间相互制约和相互联系。
2.微分形式和积分形式:
对连续媒质,各场量为连续并有连续导数(即为良态),一般采用微分形式的场方程,求解场分布较容易;积分形式的场方程更具一般性,它对媒质无任何要求,故在出现介质不连续(有介质分界面)时,必须采用积分形式,并用以确定边界条件。
3
4
3.场方程是在已有的电磁定律和大量实验结果的基础上,从数学上对电磁场规律所作的高度概括和总结,并由此断言:任何电磁扰动都将以有限速度向空间传播——即有电磁波存在。
这一预言后来为实验所验证,并成功地应用于无线电通信,奠定了无线电技术的基础。
方程是电磁理论的基本规律,具有普遍性,不仅适用于高频(微波与光波);也适用于低频和直流,从中可推出低频电路中的克希霍夫定律。
Maxwell Maxwell
4.时变场:随时间变化的场,即场既为空间坐
标的函数亦为时间的函数。
对于时变场,有:
1)电、磁场是统一的、不可分割的;
2)变化的磁场产生电场;变化的电场产生磁场,相互交连,从而产生电磁波的传播。
5.电磁场特性:电磁场是一种特殊形式的物质,具有电磁能,并遵循能量守恒的普遍规律。
这包括电场能与磁场能的相互转换及电磁能与其它形式能量(如热能、机械能等)之间的相互转换。
5
9
二.场的边界条件及辐射条件:
注意:边界条件的推导必须采用积分形式的场方程式。
为法向矢量;为表面电流。
n s J (1)(2)s J n s
J H H n E E n =-⨯=-⨯)(0)(2121s D D n B B n ρ=-⋅=-⋅)(0)(2121 切向场:法向场:在不同介质分界面,场所必须满足的边界条件:
10理想导电体边界面有:s
t J H n E E n =⨯==⨯;00即辐射条件即无限远边界条件:
对有耗介质规定为无限远处的场为零(即为衰减场)。
特例:
t t t t H H E E 2121;==理想介质分界面有:
13
磁流为虚构源,其引入仅为数学上的需
要。
磁流源实际上是电流环或其些类似的磁偶极子,而并否实际的磁荷流。
电流才是真实存在的,ρ为电磁场的最终源。
)(m M
注意:
15
4.任何实际的非简谐场均可用Fourier 级数(积分)表示为简谐场的线性组合。
∑=
n
t j n n e
n r E t r E ωω),(),(
(周期T 有限)⎰
∞
∞
-=
ω
ωωd r E t r E e t
j ).().(
(周期T 无限)
16五.材料的电磁特性(或称物质结构方程、组成关系):
对自由空间:
各向同性线性媒质:
0;;00===J H B E D
μεE J H B E D σμε===;;对一般线性媒质(不是E 、H 的函数),有σμε,,E
J H B E D
σμε===;;σμε,,σσ其中可用以描述材料基本特性,并依之
进行物质分类,如大的为导电媒质;
小的为绝缘体或介质。
).();.(;).(H E J J H E B B H E D D
===为介质宏观特性描述,表示与媒质电磁特性相联系的场量之间的关系,是电磁场作用下,媒质分子极化和磁化的机理。
17
非为E 、H 的函数,但可以是频率的函
数,在高频场作用下,滞后于
,滞后于,
且一般为复数:
其实部表示电磁波在介质中传输时的色散特性;
虚部为在介质中的损耗。
εμ,D E εμ,)
()()();()()(,
,,
,
,,
ωμωμωμωεωεωεj j -=-=B
H
0,
,=ε0=σ00;εεμμ==理想导体:
00;;εεμμσ→→→∝对理想介质,
、;对自由空间,。
习本章习题
2、3、4、6、8、11、16、17
22
23已知电场强度为E 0,传输常数分别为下列表示式:
(复数)αγ=β
γj =βαγj +=1.试写出对应的复数场及瞬时场,并说明对应场的特性.
2.试写出驻波场的表示形式(复数场及瞬时场).
(实数);(纯虚数);
课堂练习。