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电场

电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质。电场这种物质与通常的实物不同,它不是由分子原子所组成,但它是客观存在的,电场具有通常物质所具有的力和能量等客观属性。电场的力的性质表现为:电场对放入其中的电荷有作用力,这种力称为电场力。电场的能的性质表现为:当电荷在电场中移动时,电场力对电荷做功(这说明电场具有能量)。

存在于带电体周围的传递电荷之间相互作用的特殊媒介物质.电荷间的作用总是通过电场进行的。

电场:只要电荷存在它周围就存在电场,电场是客观存在的,它具有力和能的特性 [1]

1.对放入其中的电荷有力的作用。

2.能使放入电场中的导体产生静电感应现象 [1]

电场强度是描述电场力特性的物理量

其定义是:放入电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电量q的比值叫做该点的电场强度,表示该处电场的强弱。在电场中某一点确定了,则该点场强的大小与方向就是一个定值,与放入的检验电荷无关,即使不放入检验电荷,该处的场强大小方向仍不变。检验电荷q充当“测量工具”的作用。某点的E取决于电场本身,(即场源及这点的位置,)与q检的正负,电何量q检和受到的电场力F无关。电场强度是矢量,电场强度的合成按照矢量的合成法则(平行四边形法则和三角形法则)。电场强度和电场力是两个概念,电场强度的大小与方向跟放入的检验电荷无关,而电场力的大小与方向则跟放入的检验电荷有关 [1]

等量同种电荷形成的电场:

(1)两种电荷的连线上;不管是等量同种正电荷还是负电荷,中点O处场强始终为零

(2)两电荷连线的中垂线上;不管是等量同种正电荷还是负电荷,从中点O处沿中垂面(中垂线)到无穷远处,场强先变大后变小。

(3)关于O点对称的两点场强大小相等,方向相反,电势相等。

等量异种电荷形成的电场:

(1)两电荷的连线上,各点的电场强度方向从正电荷指向负电荷,沿电场线方向场强先变小后变大,从正电荷到负电荷电势逐渐降低。

(2)两电荷连线的中垂线上场强方向相同,且与中垂线垂直,由中点O点到无穷远处,场强一直变小,各点电势相等。

(3)在中垂线上关于中点O对称的两点场强等大同向 [1]

静电场是由静止电荷激发的电场。该静止电荷被称为场源电荷,简称为源电荷。静电场的电场线起始于正电荷且无穷远,终止于无穷远或负电荷。静电场的电场线方向和场源电荷有着密切的关系。当场源电荷为正电荷时,该电场的电场线成发散状;当场源电荷为负电荷时,该电场的电场线成收敛状。其电场力移动电荷做功具有与路径无关的特点。用电势差描述电场的能的性质,或用等势面形象地说明电场的电势的分布。

静电场中的电场强度公式为:E=F/q。单位为牛[顿]每库伦,符号为N/C。它的另一个单位是伏特每米(V/m)。两个单位之间的关系是1N/C=1V/m。

感应电场

变化磁场激发的电场叫感应电场或涡旋电场

感应电场的电场线是闭合的,没有起点、终点。闭合的电场线包括变化的磁场。

描述某点电场特性的物理量,符号是E,E是矢量电场强度简称场强,定义为放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值,但场强不与q成反比,只是由比值来反映和测定。

场强的方向与正检验电荷的受力方向相同。场强的定义是根据电场对电荷有作用力的特点得出的。对电荷激发的静电场和变化磁场激发的涡旋电场都适用。场强的单位是牛/库或伏/米,两个单位名称不同,但大小一样。场强数值上等于单位电荷在该点受的电场力,场强的方向与正电荷受力方向相同。

电场的特性是对电荷有作用力,这种作用力就是电场力,正电荷受力方向与电场方向相同,负电荷受力方向与电场方向相反。

电场是一种物质,具有能量,场强大处电场的能量大。

已知电场强度可判定电场对电荷的作用力,电介质(绝缘体)的电击穿与场强大小有关。

点电荷的电场强度由点电荷决定,与试探电荷无关.

真空中点电荷场强公式:E=k×q/r^2

匀强电场场强公式:E=U/d

任何电场中都适用的定义式:E=F/q

介质中点电荷的场强:k×q/r^2;

注:匀强电场。在匀强电场中,场强大小相等,方向相同,匀强电场的电场线是一组疏密相同的平行线.

在匀强电场中,有E=U/d(只适用于匀强电场),U为电势差,单位:伏特/米。电荷在此电场中受到的力为恒力,带电粒子在匀强电场中作匀变速运动。而此电场的等势面与电场线相垂直。

为形象地描述场强的分布,在电场中人为地画出一些有方向的曲线,曲线上一

点的切线方向表示该点电场强度的方向。电场线的疏密程度与该处场强大小成正比。

电场是一种物质,电场线是人为画出的便于形象描述电场分布的辅助工具,并不是客观存在的。

在没有电荷的空间,电场线具有不相交(包括相切)、不中断的特点。

电场线具有下列特性:

(1)切线方向表示该点场强的方向,也是正电荷的受力方向.

(2)静电场电场线有始有终:始于“+”,终止于“-”或无穷远,从正电荷出发到负电荷终止,或从正电荷出发到无穷远处终止,或者从无穷远处出发到负电荷终止.

(3)疏密表示该处电场的强弱,也表示该处场强的大小.越密,则E越强

(4)匀强电场的电场线平行且等间距直线表示.(平行板电容器间的电场,边缘除外)

(5)没有画出电场线的地方不一定没有电场.

(6)静电场的电场线不相交,不终断,不成闭合曲线。

(7)电场线不是电荷运动的轨迹.也不能确定电荷的速度方向。除非三个条件同时满足:①电场线为直线,②v0=0或v0方向与E方向平行。③仅受电场力作用 [1]

电场强度的大小、方向判断技巧;

(1)电场强度的大小的判断技巧

①用电场线的疏密程度进行判断,电场线越密集,场强越大,电场线越稀疏,场强越小。

②根据等差等势面的疏密判定场强大小,等差等势面密集处场强大,稀疏处场强小。

(2)电场强度方向的判断技巧

①某点正电荷所受电场力的方向,即该点的电场强度方向

②电场强度的方向与电场线的切线在同一条直线上并指向电势降低的方向。

③电场强度的方向垂直等势面并指向电势降低的方向。

知道一个电场的电场线,就可判定场强的方向和大小,就可画出等势面,能判定电势高低(沿电场线方向电势降低)。

应该注意,电场线不是电荷的运动轨迹。根据电场线方向能确定电荷的受力方向和加速度方向,不能确定电荷的速度方向、运动的轨迹。电场线是直线时,电荷运动加速度与电场线平行。

一、定义:电荷之间的相互作用是通过电场发生的。只要有电荷存在,电荷的周围就存在着电场,电场的基本性质是它对放入其中的电荷有力的作用,这种力就叫做电场力。

二、方向:正电荷沿电场线的切线方向,负电荷沿电场线的切线方向的反方向。

三、计算:电场力的计算公式是F=qE,其中q为点电荷的带电量,E为场强。或由W=Fd,也可以根据电场力做功与在电场力方向上运动的距离来求。电磁学中另一个重要公式W=qU(其中U为两点间电势差)就是由此公式推导得出。

电场力的功能:

由于电场力的作用广泛,它应用到粒子加速器,航天事业中导航修正。对新物质的加工,对物质排列改变,在未来可能是主要动力之一,等等。

电场力的研究方向:

在未来有电场力的存在航空航天事业会得到长足发展,例如利用电场保护层(可以让飞行器更轻);以及让飞行器依赖电场飞行(而取代现有的发动机);电场在核物质的衰变起作用(让我们能更好的利用能源)。

(electrification by friction)

摩擦的方法使物体带电的过程,叫做摩擦起电(或两种不同的物体相互摩擦后,一种物体带正电,另一种物体带负电的现象)。

摩擦起电的原因,是因为摩擦可以使物体得到多余的电子或失去原有的电子。得到多余电子的物体带负电,失去原有电子的物体带正电。

摩擦起电的定义:当两个物体相互摩擦时,一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体,于是原来电中性的物体由于得到电子而带负电,失去电子的物体则带正电。

摩擦后的物体所带的电荷有两种:用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是一种(正电),用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是另一种(负电)。

通常,正电荷的电荷量用正数表示,负电荷的电荷量用负数表示。任何带电体所带电量总是等于某一个最小电量的整数倍,但部分粒子(如六种夸克)除外。这个最小电量叫做基元电荷,也称元电荷(elementary charge),最小电荷量e就叫做元电荷用e表示,1e=1.60217733×10^-19C ,在计算中可取e=1.6×10^-19C。它等于一个电子所带电量的多少,也等于一个质子所带电量的多少。

国际单位制中电量的基本单位库仑,量纲为I*T ,1库仑=1安培秒。库仑是电量的单位,符号为C,它是为纪念法国物理学家库仑而命名的。若导线中载有1安培的稳恒电流,则在1秒内通过导线横截面积的电量为1库仑。库仑不是国际标准单位,而是国际标准导出单位。一个电子所带负电荷量库仑(元电荷),也就是说1库仑相当于6.24146×10^18个电子所带的电荷总量。

电荷量的公式: Q=It(其中I是电流,单位A ;t是时间,单位s)。(电荷和电子是不同的概念,就粗略点概括:电荷的单位是“库仑”,而电子的单位是“个”。)

电场的基本性质是对放入其中的电荷有作用力,因此可以通过这一性质来研究电场。放入电场中试探电场性质的电荷称为试探电荷。试探电荷的电荷量应足够小,使得它被放入电场后不会影响原有电场的分布:另外,它的线度也应足够小,这样才能方便地研究电场中各点的情况。

电场是一切物理、工业、化学、能源、电子、信息、生物等学科研究的本质对象:

1.摩擦力弹力主要由电场力贡献的。

2.分子之间的力由电场力组成。

3.生化反应的动力源泉是电场。

4.电流,电压由电场力引起。

5.光、电磁波由电场引起。

6.信息技术也是研究电场的特性。

保守场

保守场,电场做功与路径无关,只与始末位置有关。

涡旋电场

磁场变化时线圈产生的感生电动势与导体的种类、形状、性质和构成均无关,是由磁场本身的变化引起的。因此麦克斯韦提出了“变化的磁场会在其周围的空间激发一种电场,正是这种电场使得闭合回路中产生了感生电动势和感生电流”的理论,并将这种电场称为涡旋电场

摩擦产生的静电,在生产、生活上给人们带来很多麻烦,甚至造成伤害。

印刷厂里,纸页间的摩擦起电,会使纸页粘在一起,难于分开,给印刷厂带来麻烦,印染厂里,面纱、毛线、人造纤维上的静电,会吸引空气中的尘埃,使印染质量下降,干干净净的人造纤维服装,穿不了多大功夫就会蒙上一层灰尘,也是由于静电吸尘埃的缘故。

静电电荷积累到一定程度,会产生火花放电,带来不幸。在地毯上行走的人,与地毯摩擦而带的电如果足够多,当他伸手去拉金属门把手时,手与金属把手间会产生火花放电,严重时会使他痉挛。在空气中飞行的飞机,与空气摩擦而带的电人如果在着陆过程中没有导走,当地勤人员接近机身时,人与飞机间可能产生火花放电,严重时可能将人击倒。专门用来装汽油或柴油等液体燃料的卡车,在灌油,运输过程中,燃油与油罐摩擦、撞击而带电,如果没有及时导走,积累到一定程度,会产生电火花,引起爆炸。

防止静电危害的基本办法,是尽快把产生的静电导走,避免越积越多。具体措施则多种多样。油罐车是靠一条拖在地上的铁链把静电导走。飞机机轮上通常都装有搭地线,也有用导电橡胶做机轮轮胎的,着陆时它们可将机身的静电导入地下。在地毯中夹杂0.05~0.07毫米的不锈钢丝导电纤维,消除静电的效果很好。在印染厂中保持适当的湿度,潮湿的空气可以使静电荷很快消失。

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