1、复习上次课内容电磁技术概述矢量与标量矢量的基本运算 电磁场的基本理论电磁场的基本理论 电磁场是电场和磁场的统称。电磁场向四周传播，形成电磁波 场的概念 场物质与实体物质（媒质）：同：具有物质性 客观实在 有能量 能观察 不同点？场是物质的一种表现形式，场的生成需要场源，场的特性由源和媒质共同决定。用网上用网上flash复习高中电场相关知识复习高中电场相关知识 电场和电场的源电场的源1、电荷：静止，运动（电流）点电荷；面电荷；线电荷；体电荷 2、时变的磁场一、电场力和库伦定律库仑定律库仑定律 矢量表示矢量表示 N N(牛顿牛顿)真空介电常数真空介电常数 任意均匀介质介电常数任意均匀介质介电常数1
2、222141rrqqF在均匀介质中和两个点电荷之间的相互作用力的在均匀介质中和两个点电荷之间的相互作用力的方向沿着着两个点电荷的连线，同号电荷相斥，方向沿着着两个点电荷的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸，作用力的大小与电量异号电荷相吸，作用力的大小与电量q1和和q2的乘的乘积成正比。而与两个点间的距离的平方成反比积成正比。而与两个点间的距离的平方成反比1221FFr0122208.910/Cm N介电常数 电介质包括瓷器(陶器)，云母，玻璃，塑料等绝缘材料。有些液体和气体可以作为好的电介质材料。干空气是良好的电介质。介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场
3、比值即为介电常数介电常数(permitivity)。介电常数是相对介电常数与真空中绝对介电常数乘积。介电常数是相对介电常数与真空中绝对介电常数乘积。真空的介电常数 蒸馏水如果保持没有杂质的话是好的电介质，其相对介电常数约为80。r0122208.910/Cm N常见介质的相对介电常数r相对介电常数（相对介电常数（relative dielectric constant），），表征介质材料的介电性质或极化性质的物理参数表征介质材料的介电性质或极化性质的物理参数空气空气 1 石英石英 3.8；绝缘陶瓷；绝缘陶瓷 6.0；耐热玻璃耐热玻璃 3.8 至至3.9;纸纸 2至至4 PE 2.3；PVC 3
4、.8 有机玻璃有机玻璃 3.4 静电力常量122q qFkr9229 10/kNmC 121212214q qFrr r0真空中真空中均匀介质中均匀介质中介电常数122208.910/Cm N介电常数带来的影响u当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样。u如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。u当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，有更小的波长。电场力和库伦定律 两个可视为点电荷的带电体之间相互作用力;无限大真空情况(式中可推广到无限大各向同性均匀介质中1291085.836100F/m)(0提示：电场力符合矢量叠加原理提示
5、：电场力符合矢量叠加原理适用条件 当真空中引入第三个点电荷q3时，试问 q1 受到的作用力改变吗？二、电场强度E（Electric Field Intensity）定义定义：E=F/q0单位正电荷在电场中所受到的力。单位：伏特/米（V/m）物理含义物理含义：全面、准确描绘了电场的强弱（大小）程度电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理:点电荷组产生的电场在某点的场强等于各点电荷单独存在时所产生的电场在该点场强的矢量叠加 例：点电荷的电场强度 EFQr图图 点电荷周围的电场点电荷周围的电场24rQE 例：如图所示带电体系，由两个点电荷例：如图所示带电体系，由两个点电荷q和和q组成，组成，两者相距两者
6、相距 l，求，求P和和Q两点的电场强度。两点的电场强度。qqPQxyolrrEEEEQEPE解：解：220114()()22qxllrrPEEEP点的电场强度。qqPQxyolrEEQEPEQEEE124022qElr 222cos4llr2cosEx 32014224qlxlr Q点的电场强度。qqQxyolrEEQE电力线 方向疏密EaaEbbEcc图电力线图电力线电场线的基本性质电场线的基本性质1.1.在静电场中电力线不形成闭合曲线；在静电场中电力线不形成闭合曲线；2.2.电场线起源于正电荷，终止于负电荷，或延伸到无穷远处，但不电场线起源于正电荷，终止于负电荷，或延伸到无穷远处，但不会在
7、没有电荷处中断；会在没有电荷处中断；3.3.在没有电荷处，两条电力线不会相交，因为电场中每一点的场强在没有电荷处，两条电力线不会相交，因为电场中每一点的场强只能有一个确定的方向。只能有一个确定的方向。电位移矢量D 相同的场源电荷当周围是不同电介质时，在同样距离的同一点电场强度一样吗？答：是不一样的定义：电通密度D D，又叫做电位移矢量 相同的场源电荷当周围是不同电介质时，在同样距离的同一点电位移矢量D D一样吗？答：是一样的。电位移矢量D D是与电介质的介是与电介质的介电常数无关的物理量电常数无关的物理量 ED电通量e与高斯定理高斯定理 电场中面元的电通量为 研究表明：均匀介质中电场中任意一个
8、闭合曲面的电通量等于该曲面内电荷的代数和除以介电常数 ，即：这就是高斯定理高斯定理。因因D D=E E，故 =qEdE dS SSdDqSd E电通量e与高斯定理高斯定理静电场环路定理静电场环路定理 设点电荷从静电场中的一点沿某一曲线运动至另一点，则电场力所做的功为：静电场环路定理：静电场环路定理：静电场沿任一闭合曲线的环路积分为零。电场力所做的功只取决于运动电荷的始末位置而与路径无关。LLWF dlqE dl0d lEL等势面（又叫等位面）电场中电势相等电场中电势相等的点组成的曲面的点组成的曲面叫等势面，等势叫等势面，等势面处处与电场线面处处与电场线垂直。垂直。场强较大处等势场强较大处等势面
9、较密，反之较面较密，反之较疏，因此，等势疏，因此，等势面的疏密程度可面的疏密程度可以反映场强的大以反映场强的大小小。规定：单位正电荷从某点移动到参考点时电场力所做的功，叫做点的电势（电位），记作U孤立带电导体表面的电场分布 对于孤立的带电导体来对于孤立的带电导体来说，说，一般情况下，导体向外一般情况下，导体向外突出的地方（曲率为正突出的地方（曲率为正且较大）电荷较密；且较大）电荷较密；比较平坦的地方（曲率比较平坦的地方（曲率为正且较小）电荷较疏；为正且较小）电荷较疏；向里凹进的地方（曲率向里凹进的地方（曲率为负）电荷最疏。为负）电荷最疏。A a b如图是验证尖端电荷密度大的如图是验证尖端电荷密
10、度大的一个演示实验。一个演示实验。尖端放电尖端放电提前放电避雷针 由于尖端附近场强较大，该处的空气可能被电离成导体而出现尖端放电现象。夜间看到的高压电线周围笼罩着的一层绿色光晕（电晕），就是一种微弱的尖端放电形式。尖端放电导致高压线及高压电极上电荷的丢失，尖端放电也可以利用。静电平衡 当电子不作宏观有规则的运动时，我们说导体处于静电平衡状态。导体处于静电平衡状态时，其内部各点的场强为零。处于静电平衡状态的导体内部是没有电荷，电荷只能分布在导体表面。处于静电平衡状态的导体是等势体，其表面是等势面，所以在导体外，紧靠导体表面的场强方向与导体表面垂直。封闭导体壳内外的电场分布 封闭导体壳（不论接地与
11、否）内部电场不受壳外电荷的影响；接地封闭金属壳外部电场不受壳内电荷的影响，这种现象叫做静电屏蔽。1.中空导体外部有一个正电荷，位于中空部位处的电场强度是多少？为什么？2.接地中空导体的中空部位有一个正电荷，位于导体外部1米处的电场强度是多少？为什么？静电屏蔽导体壳不接地时壳外电场不为零导体壳接地时壳外电场为零静电屏蔽 屏蔽使金属导体壳内的仪器或工作环境不受外部电场影响，也不对外部电场产生影响。有些电子器件或测量设备为了免除干扰，都要实行静电屏蔽 静电屏蔽在电工和电子技术中有广泛的应用，比如高压电力设备安装金属栅网，电子仪器的整体或部分用接电金属外壳等都是静电屏蔽应用的例子。概念辨析电场的能量222EDEw若电容器内为均匀电介质，则板间E和E为常量，电能在电容器内应均匀分布，所以电能的密度为：上式虽然是从电容这一特例推出，但理论研究表明，它对一般情况也成立，如果求不均匀电场的能量，则可对上式进行积分。vvedvEdvww221总结电场和电场的源电场和电场的源电场力和库伦定律电场力和库伦定律电场强度与电位移矢量电场强度与电位移矢量D 电力线电力线电通量与高斯定理电通量与高斯定理静电场环路定理等势面尖端放电静电屏蔽、静电平衡、静电感应电场的能量
