静电

电磁是一种物理学的分支,可处理电场和磁场,以及它们与微观水平的物质或物质的相互作用。电磁中的各个域是静电,磁耦合,电动性和电动动力学。

在实际应用以及宏观现象的研究中,这些域非常有用。类似于重力,电磁力也是长距离和直接观察的。

电磁现象涉及处理电磁力,包括无论是在运动还是休息中的电荷和磁力。让我们研究这种现象的静止电荷的相互作用,称为静电。

静电介绍

静电学是潜在理论中的基本科目之一,因为它是电磁理论中使用的大多数方程的起源和基本概念。电磁分支,涉及当所有电荷都被称为静电时电荷的相互作用。

静电的理论是,如果物体表面与其他表面接触,则在其表面上建立电荷。这种充电可以是正的或负面的,并且与收费相互吸引,而像电荷一样互相击退。

这些相同或相反极性的电荷产生电场。典型的例子是,在阴极射线管(CRO)中产生的场。

正负电荷分布

在适当的设备设计期间,在电力传输的情况下,照明保护,X射线机,需要了解静电。同样在晶体管等固态电子器件中,电子运动由静电场控制。

各种输入/输出设备,如液晶显示器,电容键盘。触控板、静电打印机、CRO是基于静电原理工作的典型例子。因此,静电在我们的日常生活中有不同的应用领域。

电荷

电荷是某些基本颗粒的特征。在所有物质中,费用是原子的构建块。主要的电荷包括质子和电子。电子上的电荷为阴性,围绕核旋转。

并且质子上的电荷是位于原子中的中心的阳性。因此,核含有带正电荷的质子和中子,其是电中性,如下图所示。

原子结构

通常,质子的正电荷等于电子的总负电荷,使得主体的原子是电中性的。当通过减去或添加一个或多个电子时,当主体充电时,这种身体的一些原子的这种中性条件受到干扰。

然后,如果存在过量的电子,并且如果存在电子的缺点,则据说原子是负电离的。两个具有相同极性的指控彼此击退的两颗颗粒,并且具有相同的极性彼此吸引。

静电

静电是由静止电荷产生的。施加于材料上的力或压力使电子从其原子中移出。电子从一个原子到另一个原子的这种运动称为电流。

在其结构中没有可自由移动电荷的物质称为绝缘体或电介质。具有基元电荷的物质,其可自由移动在它们内部如称为导体。还有一种物质,其中它们的结构只有少量的可自由移动电荷称为半导体。

库仑的法律

Charles Augustin de Coulomb,Charles Augustin de Coulomb是一款法国上校,在1785年在两个带电体系之间存在的力。他确定了两点电荷之间的直接关系,这些电荷与小距离分开。

因此,该法律给出了带电粒子之间的静电相互作用。这种相互作用是非接触力作用在一定距离的分离上。

这种力可以是排斥或吸引力取决于身体上的电荷是否与相反的或相同的极性,并且它是具有幅度以及方向的矢量量。

库仑的法律规定,在两个点电荷之间存在的静电力的大小与点电荷大小的标量产物成正比,并且与点电荷之间的距离的平方成反比。

而且,静电力是在连接两个点电荷的直线的方向上。如果两个点电荷与标志的两个点电荷相同,则这种力是令人厌恶的,如果它们是相反的标志,则力是有吸引力的。

库仑定律的验证必须满足两个条件;一个是,电荷必须是点电荷另一个是电荷必须是相互静止的。

库仑法律的插图

如果Q1和Q1是静止的两个点电荷并且由距离R分开,则彼此施加的力施加为

f = k(Q1×Q2)/ R2

其中f =牛顿的力量

Q = Coulombs的费用

R =距离,单位是米和

K是有这个值的常数

k = 1/4πєo

єO是自由空间的介电常数,其测量值是

єo= 8.8541×10-12 c2 / nm2

因此,k = 1 /4πєO= 8.987×109 nm2 c-2

但对于大多数数字应用,该值被认为是9×109 nm2 c-2

上述力方程仅给出两点之间的力的大小,但不给出方向的任何指示。因此,此等式可以以涉及向量的形式重写。上图显示了由单位向量分开的两个点电荷。然后,力F12和F21的等式是

库仑的法律

从上面的等式中,我们可以这么说,由于Q1,F12,F12引起的Q1上的力与Q1,F21引起的力等于Q2上的力。

电荷分布的类型

在上面,电荷分布是通过考虑点电荷来解释的。此外,还可以沿直线、体积或表面连续分布电荷。因此,有四种电荷分布即

  1. 点收费
  2. 线路费用
  3. 表面电荷
  4. 卷收费

点收费

与由承载电荷的表面包围的区域相比,该表面的尺寸非常小,然后将该电荷作为点电荷处理。点电荷可以是负或正的。它有一个位置,但没有尺寸。

点费用线电荷

电荷可能沿着这条线无限或有限地扩散。沿直线均匀分布的电荷称为图中所示的线电荷。线电荷的电荷密度定义为单位长度的电荷量,记为pL。

它在每米的库仑中测量,并且沿线电荷的长度恒定。线电荷的示例是CRO中的圆形导体和尖光梁的带电环。

线路费用

通过在DL上的电荷DQ(等于PL)的电荷DQ(等于PL)的施加线来获得整个长度L的总电荷。

总线电荷方程

表面电荷

表面电荷也称为电荷片,其电荷均匀地分布在二维表面上。二维曲面的面积是以平方米为单位的。表面电荷密度定义为单位表面积上的电荷,记为pS。

它在每米方形的库仑中测量,并且在承载电荷的表面上是恒定的。表面电荷分布的示例是带电平行板电容器的板。

表面电荷分布

在表面电荷分布中,通过将基本区域DS上的电荷DQ考虑到该表面来确定总电荷分布。因此,它考虑了表面积分而不是正常的积分。数学

电荷的表面积分

如果电荷的尺寸相比,电荷的分布被认为是无限电荷,而与考虑电荷效应的距离非常大。

体积收费

体积充电是在给定体积中均匀分布的电荷。体积充电密度定义为每单位体积的电荷,并表示为PV。它在Coulomb每米立方体中测量。该卷充电的示例是带电云。

批量电荷分配

给定体积内的总电荷是通过对dQ乘以微分体积dv积分得到的。这个积分称为体积积分,给出形式为

电荷体积积分

静电场

一旦一个粒子的电荷分布已知,我们就可以确定这个粒子的电场。我们知道物质构成点电荷(电子和质子),每个点电荷产生场。

假设一个带单位正电荷的粒子被放在一个特定的点上,那么它受到一个力称为电场力f,这个力存在的区域称为电场区域。

这被定义为每单位电荷施加在此点的微小正电荷上的力,并且它是具有牛顿/库仑单位的向量量。

静电场E为

e = f / q或f = eq

式中F是静电力,q是净测试电荷。

上述等式状态,无论净电荷包围的空间上的第二次电荷如何,它会在该空间周围产生电场。考虑该区域中存在两个点电荷,如上图所示。然后将Q2视为一个库仑的电场强度作为一个库仑

e =(Q1 /(4Πєor212)×r1

其中r12是Q1到Q2的距离r1是Q1和Q2连接的直线方向上的单位向量。
F12 = q2e

两点充电iluustration

考虑到上述区域,其中区域由n个两个点电荷组成,然后给出点A处的电场强度

ea =σk= 1n(qk /(4πєor2k))×RK1

为了更直观,电场用力线或电通量表示。力线是沿矢量e方向的连续虚线,正负点电荷力线如下图所示。

正电荷的力线向外,负电荷的力线向内,如图所示。所以电荷周围的空间充满了这些力线,电场中的电荷受到的力的方向与力线的方向一致。

来自正面或负荷的力的数量取决于特定电荷的幅度。当线在一起更接近时,更强大的是在给定区域内提交的电气。

电场线

两种相反或相似电荷的电场线如下图所示。在两个电荷相反的情况下,力线由正电荷产生,终止于负电荷。在两个电荷相似的情况下,如图所示,在中性点,两个电荷产生的合力电场为零。

通过给定表面的线数称为电量。对于封闭表面,如果力点向内和正向向外,则磁通量为负。

力量

高斯法律

高斯定律是电磁学中最基本、最普遍的定律之一,适用于任何被称为高斯曲面的封闭曲面。德国物理学家和数学家卡尔·弗里德里希·高斯在1867年发表了这个定理或定律。

该法律在表面上的电场强度和由该表面包围的净电荷提供了关系。高斯表面是闭合表面,其中电场为零或恒定。在大多数情况下,电场将是切向或正常的高斯表面。

本法适用于计算高斯表面的电场强度。取决于适用性,可以用两种不同的方式陈述这项法律,即积分和差异形式。

高斯法律指出,通过封闭表面的电量与该表面封闭的总电荷成正比。数学

eq.

上述两个等式用两种不同的方式陈述高斯法律,即积分形式和差分或点形式。在上述等式D是电磁通密度,PV是体积电荷密度和积分符号表示封闭的表面积分。

如果高斯表面构成多于一个充电分布,那么净电荷就是所有单个收费的代数添加。

高斯定理可用于确定电场强度E和电量密度D,用于对称电荷分布,如无限线电荷,点电荷,充电球形分布和无限电荷。如果电荷分布不对称,则不能使用此法律。

静电潜力

假设通过力从一个点移动到另一个点,那么工作由身体或身体上完成。在无摩擦动力的情况下,完成所做的工作代表能量不是散发,但必须作为动能或潜在能量存储。

因此,如果电荷在电场中移动,则没有摩擦,因此没有能量消失。在该字段中,零或参考点位于场的区域的边界,因此通常这一点被视为无穷大。

静电场中的点处的潜力被定义为使单位正电荷从无穷远到点P的工作。

点P的潜力

考虑下面的图,我们确定潜在点p .电荷问负责生产现场在一个给定的地区被放置在距离R从p .让B点一个点位于距离x从q。然后在移动工作的单位电荷无穷小距离dx

dw = - F / dx

负号表示对力所做的功,B点单位电荷所受的力为

F = q / 4πєx2

该力对于距离DX是恒定的。因此,完成从无限远的点到P点P的工作是

EEQ2.

因此,P点P的潜力是,

V = q/ 4πєR

这种潜力只有幅度,没有方向,因此它是标量数量。因此,点处的电位与遵循的路径无关。由正电荷引起的潜力是阳性的,并且由负电荷引起的电位是阴性的。

与潜力类似,潜在的差异是完成从一个点到另一个点的单位正电荷的工作。

点A和点B在同一条线上受力VAB的电位差为

EQ4.

VAb的移动点B到A(两点未铺设两点)的电位差异

eq33

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