静电场Electrostaticfield.ppt
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1、 1. 静电场 (Electrostatic field), 1-1 静电的基本现象和基本规律,1.两种电荷,通过实验可知,自然界中存在两种电荷,一种与丝绢摩擦过的玻璃棒的电荷相同正电荷(positive charge);另一种与毛皮摩擦过的硬橡胶棒的电荷相同负电荷(negative charge) 同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。 正电荷与负电荷相互完全抵消的状态叫做中和。,2.静电感应 电荷守恒定律,用验电器做演示试验: 图1-1验电器,除了摩擦起电以外,另一重要的起电方式是静电感应。,图1-2,电荷既不能产生,也不能消失,它们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另一
2、部分,即在任何物理过程中,电荷的代数和是守恒的电荷守恒定律它不仅适用于宏观现象,而且适用于微观现象.,3 导体,绝缘体半导体,按照电荷能否容易转移或通过,习惯上可以把物体分成几大类: 1电荷容易通过的物体导体, 电阻率范围大约: =10E-510E-4m 2电荷不容易通过的物体绝缘体, 电阻率范围大约: =10E1010E22m 3介于导体与绝缘体之间的且电性质非常特殊的材料 半导体,如硅、锗等。 电阻率范围大约: =10E410E10m,附录1:,外场改变对称分布,导体和非导体的能带模型,绝缘体: 能带为满带或空带 导体:能带被部分电子填充,导体、绝缘体和半导体的深入物理解释 -能带论介绍:
3、,附录2: 超导,超导:当温度降低到某特定温度TC时, 材料电阻变为零的现象。 TC 被成为正常态和超导态之间的转变温度。,4.物质的电结构,物体具有不同的导电性,可用物质的微观结构解释。金属之所以导电,因为金属中有许多自由电子,它们较容易摆脱原子核的束缚而自由地在金属内部运动。电解液中,有许多做宏观运动地正负离子,所以电解液导电。在绝缘体中,电子受到原子核的束缚,基本上无自由电子(价电子),所以它们导电性能较差。一个质子的电量为e,一个电子的电量为-e。在半导体中,导电的粒子除电子以外还有空穴,当多数载流子为电子时,称为 n型半导体;当多数载流子为空穴时,称为p型半导体。,5.电荷的“量子性
4、”,密立根油滴实验,电荷的另一个重要特性是它的“量子性”,即任何带电体的电荷只能时某一基本单位的整数倍,这个基本单位就是一个电子所带的电荷电子电荷e。质子的电荷与电子电荷的绝对值相等。,6.库仑定律(Coulumbs law),库仑 (Coulomb, Charles Augustin de (1736-1806),1点电荷的概念:,实验证明:两个静止的带电体之间的作用力,除与电量及相对位置有关图1-5 外,还依赖于带电体的大小、形状及电荷的分布情况。一般情况下,两个带电体之间的相互作用表现出与多种因素有关的复杂性。实验指出,在测量精度范围内。当带电体自身的线度与带电体之间的距离相比很小时,可
5、以将这个带电体看作一个点电荷。,2点电荷的特点,点电荷是一种理想模型。一个带电体能否看作点电荷,必须根据具体情况而定,带电体一旦被看作点电荷,就可以用一个几何点来标志它的位置,两个点电荷的距离就是标志它们位置的两个几何点间 距离。,3库仑定律,库仑扭秤,库仑定律是描述在真空中两个点电荷之间相互作用力的定律。,库仑定律表述如下:在真空中两个静止的点电荷q1及q2之间的相互作用力的大小和q1q2的乘积成正比,和它们之间的距离r的平方成反比,作用力的方向沿着它们的连线,同号电荷相斥,异号电荷相吸引。,数学表示式:,图1-7,2下标1、2对调时, = ,所以上式还表明q对q的作用力 3 K的取值:(与
6、采用的单位制有关),讨论:,1研究发现:无论qq的正负如何,此式均适用。当qq同号时,沿方向即为排斥力;当qq反向时,qq的乘积,为负, 沿 方向吸引力。,电磁学中最常用的单位制是高斯制及国际制。国际制由(MKSA)单位制发展成的,是(SI)的一部分。在其中的四个基本量和单位:长度(M)、质量(Kg)、时间(S)和电流(A)为单位。电量的单位是库仑,库仑的定义:当由1库仑1AS 注意:采用MKSA制时, 中各量的单位也分别用N、C、m。比例系数k由实验测定,在MKSI中, 是一个基本的物理常数,叫做真空介电常数 或叫做真空电容率,由实验测定,,7.选加原理,作用于每个点电荷上的总的静电力等于其
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