文档介绍：2016年9月17日工程物理朱萍浙江大学物理系2016-9-172第十三章静电场§ 电荷自然界中只存在两种电荷,正电荷和负电荷。电荷之间存在相互作用,同性相拆,异性相吸。?两种电荷?电荷的量子化自然界中,物体所带电量总是某个元电荷e的整数倍,元电荷e称为电荷量子。1986年实验公布的数据,e=?10–19C。电量的不连续,称为量子化。宏观带电体:q >> e, 电量可视作连续的2016-9-173§ 电荷?电子带–e电量,是自然界中最小的负电荷,质子带+e电量,是最小正电荷,?+介子带+e电量,等等。粒子物理学发现了一种奇特现象,任何一种微观粒子都存在反粒子,且携带等量异号电荷。正电子带+e电量,反质子带–e电量,?–介子带–e电量。?夸克模型认为质子和中子是由电量为–e/3和2e/3的夸克组成,但这并不破坏电荷量子性,但至今未发现自由状态的夸克。?电荷守恒定律一个与外界没有电荷交换的孤立系统,无论发生什么变化,整个系统的总电荷数(正负电荷的代数和)保持不变,电荷既不能被创造也不能被消灭,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物体的另一部分。2016-9-174§ 库仑定律12212FrF???????rqqk?库仑定律 在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的大小,与电量q1和q2的乘积成正比,与它们之间的距离的平方成反比,作用力的方向沿它们的联线,同号相拆,异号相吸。q1q2Fr是单位矢量?r?k=?109N·m2/C2。为简化电磁学基本公式,令041???k?0=?10–12C2/(N·m2)真空中的介电常数(真空电容率)??rF??221041rqq??点电荷:其线度与它跟其它带电体的距离相比,可忽略。2016-9-175§ 库仑定律?静电力的叠加原理实验证明,当空间有多个点电荷存在时,任意两个点电荷之间的作用力并不因其它电荷而改变,仍然遵循库仑定律。作用在任一点电荷q0上的静电力,由力的叠加性,等于各点电荷单独存在时作用于该点电荷的静电力的矢量和。1q2q3q0q1r?1F?2r?3r?2F?3F?irFFFFF??????????????????niiiniinrqq120012141??2016-9-176§ 电场和电场强度一、电场早期的电磁场理论是超距作用理论,在两电荷之间的相互作用不需要任何中间介质传递,也不需要传递时间。法拉第在大量实验的基础上,首先提出了以近距作用观点为基础的场论理论。认为凡是有电荷的地方,周围就存在着一种特殊的物质,称为电场,电荷之间的相互作用是通过电场以一定速度传递的。电荷相对观察者静止时,其电场称为静电场,静电场对处于场中电荷的作用,称为静电力。电荷电荷电场2016-9-177§ 电场和电场强度设试验点电荷q0,在电场中受到电场力为F,F与q0之比只与场点的位置有关,反映了电场本身的性质。定义该比值为电场中各确定点的电场强度矢量,简称场强,用E表示:二、电场强度电场对电荷有作用力,从力的角度来描述电场的性质。(1)数值大小为单位点电荷所受电场力大小。(2)方向为正电荷所受电场力的方向。(3)电场强度矢量一般是位置的函数,E(r)=E(x,y,z,)。(4)在SI制中,单位是牛/库(N/C)或伏/米(V/m)。0qFE???2016-9-178§ 电场和电场强度qq0EFPr点电荷的电场强度P点的试验电荷q0所受点电荷q的作用力??rF??20041rqq??由q 产生的电场在P点的场强???rF???20041rqqE??r的方向从q指向P点,称为q的矢径方向。(1)点电荷的场强具有球对称性;(2)q<0时,E的方向沿矢径指向q。电荷q 称为场源2016-9-179§ 电场和电场强度???????niin121FFFFF??????三、电场叠加原理点电荷系的电场强度空间有n个点电荷q1、q2、…、qn存在,P处的q0所受合力:????????niiiiniirqqqE12010041rFF??????1q2q3q0q1r?1F?2r?3r?2F?3F?PP点的场强电场叠加原理:点电荷系在空间某点所产生的电场,等于各点电荷单独存在时所产生的场强在该点的矢量和。2016-9-1710§ 电场和电场强度连续分布的电荷的电场强度QdEPrdq当场源电荷不能看作点电荷时,需用微元法,将带电体分割成许多电荷元,取一电荷元dq,它到场点P的距离为r,产生的场强为dE。电荷元在场点P产生的场强所有电荷Q在P点产生的场强矢量积分求解:先要建立坐标,将dE投影到坐标上,再求标量积分,最后给出合电场E。??r??2041rdqEd???????qrdqEdEr