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静电场是什么?

2023-05-28 03:22:02 编辑:join 浏览量:577

静电场是什么?

定义

由静止电荷(相对于观察者静止的电荷)激发的电场.

性质

根据静电场的高斯定理,静电场的电场线起于正电荷或无穷远,静电场

终止于负电荷或无穷远,故静电场是有源场.从安培环路定理来说它是一个无旋场.根据环量定理,静电场中环量恒等于零,表明静电场中沿任意闭合路径移动电荷,电场力所做的功都为零,因此静电场是保守场.

根据库仑定律,两个点电荷之间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比,和它们距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上,即F=(k·q1q2)/r²,其中q1、q2为两电荷的电荷量、k为静电力常量,约为9.0e+09(牛顿·米²)/(库伦²),r为两电荷中心点连线的距离。注意,点电荷是当带电体的距离比它们的大小大得多时,带电体的形状和大小可以忽略不计的电荷。

静电感应

一个带电的物体靠近另一个绝缘导体时,导体的电荷分布发生明显的变化,物理学中把这种现象叫做静电感应。

如果电场中存在导体,在电场力的作用下出现静电感应现象,使原静电场

来中和的正、负电荷分离,出现在导体表面上。这些电荷称为感应电荷。总的电场是感应电荷与自由电荷共同作用结果。达到平衡时,导体内部的电场为零。静电感应现象有一些应用,但也可能造成危害。

静电场中的介质

电场中的绝缘介质又称为电介质。由于电场力的作用在原子尺度上静电场知识结构图

出现了等效的束缚电荷。这种现象称为电介质的极化。对一种绝缘材料,当电场强度超过某一数值时,束缚电荷被迫流动造成介质击穿而失去其绝缘性能。因此静电场的大小对电工器件的设计及材料选择十分重要。

有介质时的静电场是由束缚电荷及自由电荷共同产生的,为了表示这二者共同作用下的电场,可以引入另一个场矢量电通量密度D(又称电位移)。它定义为

式中P为电介质的极化强度,则可得高斯通量定理

公式

式中q仅为S面内所有自由电荷,而不包括电介质的束缚电荷。高斯通量定理的微分形式为电位移的散度等于该点自由电荷(体)密度ρ,

电介质的极化强度P与电场强度E有关,而电通量密度又与P

和E

有关,故可得表示电介质的本构方程

D=εE

标签:静电场

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