静电场概述

什么是静电场

静电场是由特殊的电荷引起场。

这个特殊的电荷指:相对于观察者静止、且电量不随时间改变的电荷。


库仑定律

指在无限大的真空中,当两个静止的小带电体之间的距离远远大于本身的几何尺寸时,该两带电体之间的作用力。

如图所示:

146f0ef899be48fe910bed5cf12428f2.jpg

点电荷q1作用于点电荷q2的作用力为:

\vec{F}_{21}=\frac{q_{1}q_{2}}{4\pi \varepsilon _{o}}\frac{\vec{e_{12}}}{R^{2}}

式中:ε为真空的介电常数,其值约为1/36π×10^(-9)F/m。

库仑定律只能直接用于点电荷。

所谓点电荷,是指当带电体尺度远小于它们之间的距离时,将其电荷集中于一点的理想化模型。

问题:q1和q2相隔了一定的距离,为什么还会有相互作用力?

电荷q1对电荷q2的作用力,是由于q1在空间产生电场,电荷q2在电场中受力。我们用电场强度来描述电场。


电荷密度

在介绍电场强度之前,先来看看电荷密度

对于实际的带电体,一般分布在一定区域内,我们称其为:分布电荷。通常用电荷体密度来描述电荷的空间分布情况:

\rho =\lim_{\bigtriangleup V \to 0}\frac{\bigtriangleup q}{\bigtriangleup V}=\frac{dq}{dV}

如果电荷分布在宏观尺度h很小的薄层内,则可认为电荷分布在一个几何曲面上,用面密度来描述其分布:

\rho_{s} =\lim_{\bigtriangleup S \to 0}\frac{\bigtriangleup q}{\bigtriangleup S}=\frac{dq}{dS}

对于一条细线上的电荷用线密度来描述:

\rho _{l}=\lim_{\bigtriangleup l \to 0}\frac{\bigtriangleup q}{\bigtriangleup l}=\frac{dq}{dl}


电场强度

定义:空间一点的电场强度为该点的单位正试验电荷所收到的力:

\vec{E}=\frac{\vec{F}}{q}

可以看出电场强度是空间坐标的矢量函数。

单位正试验电荷:体积小、带电量小、引入电场后不影响电场分布的电荷。

1.点电荷在真空中电场强度

\vec{E_{P}}=\frac{q}{4\pi \varepsilon _{o}}\frac{\vec{e_{R}}}{R^{2}}=\frac{q}{4\pi \varepsilon _{o}}\frac{\vec{r}-\vec{r}{}'}{\left | \vec{r}-\vec{r}{}' \right |^{3}}

若有n个点电荷,则产生的电场强度为:

\vec{E_{P}}=\sum_{i=1}^{n}\frac{q_{i}}{4\pi \varepsilon _{o}}\frac{\vec{r}-\vec{r_{i}}{}'}{\left | \vec{r}-\vec{r_{i}}{}' \right |^{3}}

2.连续分布电荷的电场强度

体分布电荷产生的电场强度:

d\vec{E}_{p}=\frac{dq}{4\pi \varepsilon _{o}}\frac{\vec{e_{R}}}{R^{2}}

\vec{E}_{P}=\int dE_{P}=\frac{1}{4\pi \varepsilon _{o}}\int \frac{\vec{e_{R}}dq}{R^{2}}

得:

\vec{E}(r)=\frac{1}{4\pi \varepsilon _{o}}\int _{V}\frac{\rho (r{}')(\vec{r}-\vec{r}{}')}{\left | \vec{r}-\vec{r}{}' \right |^{3}}dV{}'

面分布电荷

\vec{E}(r)=\frac{1}{4\pi \varepsilon _{o}}\int _{S}\frac{\rho _{s}(r{}')(\vec{r}-\vec{r}{}')}{\left | \vec{r}-\vec{r}{}' \right |^{3}}dS{}'

线分布电荷

\vec{E}(r)=\frac{1}{4\pi \varepsilon _{o}}\int _{l}\frac{\rho _{l}(r{}')(\vec{r}-\vec{r}{}')}{\left | \vec{r}-\vec{r}{}' \right |^{3}}dl{}'


静电场的电位

1.环路定理

将实验电荷qt沿路径l从A到B,电场力做功为:

由上述公式可知:

a、发现电场力做功只与起点A和终点B有关,与路径无关。(也适用于多个电荷产生的电场)

b、在静电场中,沿闭合路径移动电荷一圈,电场力做功为0。即:

\oint _{l}\vec{E}\cdot d\vec{l}=0

上式为环路定理(积分形式),说明静电场是一个守恒场(保守场)。

由斯托克斯公式可得:

\oint _{l}\vec{E}\cdot d\vec{l}=\int _{S}(\bigtriangledown \times \vec{E})\cdot d\vec{S}=0

\bigtriangledown \times \vec{E}=0(环路定理的微分形式),说明在静电场中,电场强度的旋度处处为0,静电场为无旋场

2.静电场电位

\bigtriangledown \times (\bigtriangledown \varphi )\equiv 0将E变成\vec{E}=\bigtriangledown \varphi的形式。

而▽φ为变化率增加最快(梯度),E为电位下降最快,故需要添加负号“ - ”,即:

\vec{E}=-\bigtriangledown \varphi

我们将φ定义为电位

将之前电场力做功的公式进行一些数学变化:

当qt=1时

\varphi _{A}-\varphi _{B}=\int_{A}^{B}\vec{E}\cdot d\vec{l}= U_{AB}

可以得出以下结论:

a、两点之间的电位差有确定的数值,与路径无关。

b、AB之间的电压,等于移动单位正电荷从A点到B点电场力所做功。


参考点

\bigtriangledown (\varphi +C)=\bigtriangledown \varphi +\bigtriangledown C=\bigtriangledown \varphi =-\vec{E}

可知,同样的电场强度E可对应许多不同的电位φ。故:电位φ的值是相对的,而选择参考点后(规定其电位为0),电位就能唯一确定。当电荷分布在有限区域时,通常选取无穷远处为参考点。

当选取无穷远处为参考点后,各种电荷产生的电位如下:

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/800766.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

二分查找 -- 力扣(LeetCode)第704题

题目 https://leetcode.cn/problems/binary-search/description/ 给定一个 n 个元素有序的(升序)整型数组 nums 和一个目标值 target ,写一个函数搜索 nums 中的 target,如果目标值存在返回下标,否则返回 -1。 示例…

如何在微信小程序中使用less来编写css

在微信小程序中使用 Less 需要一些额外的配置步骤,因为小程序本身不支持直接引用 Less 文件。我们可以借助 Webpack 进行构建,使用一些 loader 来编译 Less 文件。以下是具体步骤: 初始化项目 使用微信开发者工具新建一个小程序项目,或在已有项目的基础上操作。 安装依赖 使…

JavaScript代码小挑战

题目如下: 朱莉娅和凯特正在做一项关于狗的研究。于是,她们分别询问了 5 位狗主人他们的狗的年龄,并将数据存储到一个数组中(每人一个数组)。目前,她们只想知道一只狗是成年狗还是小狗。如果狗的年龄至少为…

SpringBoot集成Skywalking链路追踪

安装skywaling 参考:Centos7搭建 SkyWalking 单机版-CSDN博客 下载Agents https://archive.apache.org/dist/skywalking/java-agent/9.0.0/apache-skywalking-java-agent-9.0.0.tgz 1. 在IDEA中使用skywalking agent 在VM options中填入如下信息 -javaagent后是…

Scaling Laws 又失灵了?谷歌新研究:扩散模型不是越大越好

近年来,模型规模呈现出愈来愈大的趋势,越来越多的人相信“力大砖飞”。 OpenAI 虽然没有公布Sora的训练细节,但在Sora的技术报告中提到了: Our largest model, Sora, is capable of generating a minute of high fidelity video.…

[RK-Linux] RK3399启动流程详解

一、SoC启动流程 1.1 BootROM介绍 在嵌入式系统中,SoC(System on Chip)制造商通常会在芯片内部集成一段固化的启动代码,这段代码被称为BootROM,它负责系统的最初级启动程序。 1.1.1 初始化硬件 当SoC上电时,首先由BootROM接管系统,其首要任务是初始化硬件环境。这包…

AI技术创业机会之金融科技

金融科技服务(FinTech)领域正经历着一场由人工智能(AI)技术引领的深刻变革,为创业者提供了无数创新与颠覆传统金融服务模式的机会。以下详述了金融科技服务中AI技术的具体创业机会及其细节与内容,以期为有志于涉足此领域的创业者提供全面的洞察与参考。 一、智能投顾与财…

Dify开源大语言模型(LLM) 应用开发平台如何使用Docker部署与远程访问

文章目录 1. Docker部署Dify2. 本地访问Dify3. Ubuntu安装Cpolar4. 配置公网地址5. 远程访问6. 固定Cpolar公网地址7. 固定地址访问 本文主要介绍如何在Linux Ubuntu系统以Docker的方式快速部署Dify,并结合cpolar内网穿透工具实现公网远程访问本地Dify! Dify 是一款…

spring01:IOC(控制反转)

spring01:IOC(控制反转) 文章目录 spring01:IOC(控制反转)前言:一、IOC:inversion of control(控制反转)控制:控制对象的创建!&#x…

西安交通大学《数据库理论与技术》课程实验+期末考试资料全通关

课程概况 首先请确认一下课程情况:数据库理论与技术是西安交通大学开设的秋季研究生选修课程,授课教师为侯迪老师。 本文涉及的所有资料下载链接:链接: https://pan.baidu.com/s/1oB9I6SSaWejZwmM6NfTFpg 提取码: hrww 本课程有五次当堂小…

如何在Linux中找到正在运行的Java应用的JAR文件

当你在Linux服务器上工作时,可能需要找到某个正在运行的Java应用的JAR文件位置。这对于诊断问题、更新应用或理解部署结构非常有用。以下是一个步骤详细的指南,帮助你找到这些信息。 1. 确定Java进程 首先,你需要确定正在运行的Java应用的进…

IDEA中修改git的作者、邮箱名称

目录 一、查看当前git信息 1、查看git作者名称 如下图: 2、查看git邮箱信息 二、修改git信息 1、修改git作者名称 如下图: 2、修改git邮箱名称 一、查看当前git信息 1、查看git作者名称 在git控制台 或者 Terminal 输入 git config user.name …

day20-二叉树part07

530.二叉搜索树的最小绝对差 思路&#xff1a;中序遍历转换成有序数组&#xff0c;遍历数组计算数组相邻元素的差值保存最小&#xff0c;多开辟一个数组空间 class Solution {private List<Integer> list new ArrayList<>();private void traversal(TreeNode roo…

【Linux】基础IO----系统文件IO 文件描述符fd 重定向

> 作者&#xff1a;დ旧言~ > 座右铭&#xff1a;松树千年终是朽&#xff0c;槿花一日自为荣。 > 目标&#xff1a;了解在Linux下的系统文件IO&#xff0c;知道什么是文件描述符&#xff0c;什么是重定向 > 毒鸡汤&#xff1a;白日莫闲过&#xff0c;青春不再来。 …

Js 的事件循环(Event Loop)机制

Js 的事件循环(Event Loop)机制 1、js是单线程的&#xff0c;会有阻塞问题 2、浏览器解决阻塞问题的方法&#xff1a;如网络请求、settimeout是用异步来做的&#xff0c;但异步任务没有优先级。为了更灵活&#xff0c;增加了事件循环 3、事件有同步任务和异步任务&#xff0c;先…

ardupilot安装python

目录 文章目录 目录摘要1.安装过程摘要 本节主要记录如何安装ardupilot 的python开发环境,主要参考b站视频B站视频ubuntu 安装python-3.10.0 1.安装过程 sudo apt updatesudo apt install wget build-essential checkinstallwget https://www.python.org/ftp/python/3.10.0…

数据结构(初阶):顺序表实战通讯录

前言 数据结构&#xff08;初阶&#xff09;第一节&#xff1a;数据结构概论-CSDN博客 数据结构&#xff08;初阶&#xff09;第二节&#xff1a;顺序表-CSDN博客 本文将以C语言和顺序表实现通讯录基础管理&#xff0c;实现功能包括增、删、改、查等&#xff0c;在实现相关功能…

学习-Java类和对象之this关键字

&#xff1a;学习-Java类和对象之this关键字 100 任务要求参考答案评论22 任务描述相关知识 this 关键字编程要求测试说明 任务描述 本关任务&#xff1a;编写一个商品结算的小程序。 相关知识 为了完成本关任务&#xff0c;你需要掌握&#xff1a;this 关键字的使用。 …

linux:du和df区别

文章目录 1. 概述2. du 命令2. df 命令3. 区别总结 1. 概述 du 和 df 都是 Linux 系统中用于查看磁盘空间使用情况的命令&#xff0c;但它们的功能和用法有所不同。 2. du 命令 du 是 “disk usage” 的缩写&#xff0c;用于显示文件或目录的磁盘使用情况。du 命令用于查看指…

基于Socket简单的UDP网络程序

⭐小白苦学IT的博客主页 ⭐初学者必看&#xff1a;Linux操作系统入门 ⭐代码仓库&#xff1a;Linux代码仓库 ❤关注我一起讨论和学习Linux系统 1.前言 网络编程前言 网络编程是连接数字世界的桥梁&#xff0c;它让计算机之间能够交流信息&#xff0c;为我们的生活和工作带来便利…