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电磁学-电势、静电平衡

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一、电势

1、电势定义

从P点到Q点移动单位正电荷时电场力所作的功,表示为单位正电荷的电势能差。

电场力做正功,电势能减小;电场力做负功,电势能增加。

2、电势叠加原理

电势是标量,电势叠加是标量叠加

3、空间某点的电势

一般选择无穷远为电势零点,则P点的电势为:

两点的电势可以表示为两点电势值之差

所以某点的电势可以看做该点与无穷远的电势差。

电势Up=P点与无穷远处的电势差

4、电子伏特

能量单位

5、求电势

①用电势定义

求一点电势要已知这点到无穷远处的场强分布

②用电势叠加原理

电势叠加要求先求各带电体单独存在时的电势,然后再叠加(标量)

6、等势面

试探电荷沿任意等势面作任意元位移dl,电场力做的元功为零

7、电势梯度

①方向:沿电势变化最快的方向

②大小


③电势梯度与场强的关系


电场强度与电势梯度大小相等,电场强度总是沿着指向电势减少的方向


二、导体静电平衡

导体:有足够多的自由电子-受电场力会移动。导体是一种理想模型,一般物质内部既有自由移动电子,又是电介质。

1、导体静电平衡定义:

静电平衡是指导体中的电荷处于稳定状态。均匀导体达到静电平衡的条件是导体内部的合场强处处为零。导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。


2、静电平衡性质:

导体静电平衡,则导体内部任意两点间的电势差为零,导体是一个等势体,导体表面是一个等势面。

    (a,b为导体内两点)

3、静电平衡场强分布

①导体内

②导体表面

证明:


所以导体表面E:

4、静电平衡导体电荷分布

导体静电平衡时,电荷只分布在导体表面,导体内部无电荷。

5、孤立导体电荷分布

①孤立导体电荷分布

②尖端放电

如果场强大到可以使周围的空气电离,就会产生尖端放电。应用实例:避雷针


三、导体空腔

讨论静电平衡时的状态

1、腔内无带电体

包围导体空腔的导体壳内表面处处没有电荷,电荷分布在导体外表面,空腔内处处E=0,空腔内处处电势相等。

证明空腔内处处E=0:

做如图高斯面,空腔内表面电荷密度为零,所以E=0


2、空腔内有带电体q

导体内表面上所带电荷与腔内电荷的代数和为零

证明:

由于静电平衡,高斯面E=0

所以空腔内表面电荷为-q(此时空腔外表面带电荷量为q,这是由于静电感应现象)


3、静电屏蔽

①腔内无带电体

无论导体壳本身是否带电,还是外界是否存在电场,腔内和导体壳上都无电场。

②空腔内有带电体q

无论导体壳本身是否带电,还是外界是否存在电场,都不影响腔内的场强分布。

③静电屏蔽

起到了保护所包围区域的作用,使其不受导体壳外表面上电荷分布以及外界电场的作用。

外电场对内无影响,内部电荷对外电场有影响