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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