大學課件物理學：靜電場中的導體和電介質匯報人:目錄01靜電場基礎概念02導體在靜電場中的性質03電介質的極化現象04靜電場中的應用靜電場基礎概念章節副標題01靜電場的定義靜電場是由靜止電荷產生的，它對其他電荷施加力的作用，遵循庫侖定律。電荷產生的力場01電場線是表示電場方向和強度的虛擬線，從正電荷出發，終止于負電荷。電場線的表示02在靜電場中，電荷具有電勢能，其大小取決于電荷量和它在電場中的位置。電勢能的概念03電場強度是電場力與測試電荷量的比值，是描述電場強弱的物理量。電場強度的計算04靜電場的產生在絕緣體中，通過摩擦等方法使電荷分離，從而在導體表面形成靜電場。電荷分離過程導體在靜電平衡狀態下，電荷會重新分布，導致電場在導體表面產生。電荷積累效應靜電場的性質電場線的特性導體在靜電平衡下的特性電勢能與電勢差高斯定律的應用電場線從正電荷出發，終止于負電荷，不相交，表示電場的方向和強度。高斯定律說明電場通量與包圍的電荷量成正比，是分析對稱性靜電場問題的關鍵。電勢能是電荷在電場中所具有的能量，電勢差則是單位電荷在電場中移動時能量的變化。導體在靜電平衡狀態下，內部電場為零，電荷僅分布在表面，且表面電荷分布均勻。導體在靜電場中的性質章節副標題02導體表面電荷分布導體內部無電場，電荷僅分布在表面，且表面電荷分布均勻，形成等勢面。電荷在導體表面的分布規律導體表面電荷分布受外部電場影響，電荷會重新排列以抵消內部電場，達到靜電平衡。導體表面電荷與外部電場的關系導體內部電場為零01電荷分布于表面在靜電平衡狀態下，導體內部的自由電荷會重新分布，全部聚集在表面。03電場線僅在表面導體內部不存在電場線，所有的電場線都始于或終于導體表面的電荷。02內部電勢差為零由于導體內部電場為零，因此導體內部任意兩點間的電勢差也為零。04電荷移動至平衡位置當導體置于電場中時，電荷會移動至導體表面，直至內部電場為零達到靜電平衡。靜電平衡條件在靜電平衡狀態下，導體內部的自由電荷會重新分布，直至表面形成穩定的電荷層。自由電荷分布由于電場強度為零，導體內部任意兩點間的電勢差為零，表明靜電平衡下電勢處處相等。電勢處處相等靜電平衡時，導體內部的電場強度處處為零，電荷僅存在于導體表面。電場強度為零010203導體的靜電屏蔽效應電荷分布外部電場影響01導體內部電荷自由移動至表面，形成靜電屏蔽，內部電場為零。02導體殼體可阻擋外部靜電場對內部空間的影響，實現屏蔽效果。電介質的極化現象章節副標題03電介質的極化概念極化的基本定義電介質在外部電場作用下，其內部正負電荷中心發生相對位移，形成偶極矩。極化強度的計算極化對電容的影響電介質的極化增加了電容器兩板間的電荷儲存能力，從而增大了電容。極化強度P是單位體積內電介質產生的總偶極矩，與電場強度E成正比。極化電荷的產生電介質表面和內部會形成束縛電荷，即極化電荷，與自由電荷共同作用。極化的微觀機制電介質中的正負離子在電場作用下分別向相反方向移動，產生極化現象。離子極化在電場作用下，電介質內部的電子云相對于原子核發生位移，形成偶極矩。電子位移極化極化強度與電位移極化強度是單位體積內電偶極矩的矢量和，描述了電介質內部的極化程度。極化強度的定義01電位移是電場在電介質中產生的位移電流密度，與極化強度成正比。電位移的概念02在均勻各向同性介質中，電位移與極化強度成正比，比例系數為介質的電容率。極化強度與電位移的關系03電介質的邊界條件在兩種介質的分界面上，電位移矢量D的法向分量是連續的，反映了電荷分布的連續性。電位移矢量的連續性介質分界面上的極化電荷會影響電場分布，需考慮其對邊界條件的貢獻。極化電荷的影響電場強度E的切向分量在介質分界面上不連續，與界面兩側介質的電容率有關。電場強度的切向分量在介質分界面上，自由電荷密度等于電位移矢量D的切向分量之差。邊界上的自由電荷靜電場中的應用章節副標題04靜電場的應用實例靜電除塵器工業中使用靜電除塵器清除煙氣中的顆粒物，利用電場力吸附帶電粒子，提高空氣清潔度。0102靜電噴涂技術在汽車和家具制造中，靜電噴涂技術通過電場使油漆粒子帶電，均勻涂覆在工件表面，提高涂層質量。03靜電復印機靜電復印機利用靜電場原理，通過光導體表面的電荷分布變化，實現圖像的轉印和復制。靜電場的測量技術電場強度計使用電場強度計可以測量靜電場的強度，如范德格拉夫起電機產生的強電場。電勢差測量通過電勢差計可以測定兩點間的電勢差，進而了解靜電場的分布情況。電荷量測量利用法拉第筒等裝置可以測量物體表面的電荷量，從而推斷靜電場的影響。靜電場的工程應用工業中使用靜電場捕集煙塵顆粒，如電廠的靜電除塵器，有效減少空氣污染。靜電除