电磁学第二版静电场中的导体和电介质

电磁学第二版第二章静电场中的导体和电介质思维导图，静电场中的导体和电介质是电磁学中的重要概念，它们在电场中有着不同的行为和特性。导体是电荷能够移动或传导到各处的物体。导体内部存在能够自由移动的电荷，这些电荷被称为自由电荷。

静电场中的导体和电介质

• 静电场中的导体
  • 导体的静电平衡条件
    • 静电平衡初始定义：带电体系中中的电荷静止不动，从而电场不随时间变化
      • 实际情形：导体内场强处处为零
        • 推论1：导体是个等势体，导体表面是个等势面
        • 推论2：导体以外场强处处与导体面垂直
          • ps.此处讨论的是和场强（原场强分布不变）
  • 电荷分布
    • 导体内部无电荷分布
    • 导体表面
    • 在其余条件相同的情况下，电荷面密度与曲率正相关
      • 应用（尖端放电）：避雷针、高压输电线尽量光滑
  • 导体壳（壳内无带电体）
    • 导体壳的内表面上没有电荷分布，全部分布于外表面上
    • 导体壳空腔内电场强度为零，即电势处处相等
  • 导体壳（壳内含带电体）
    • 导体壳内表面与带电体所带电荷量和为零
      • 静电屏蔽现象
• 电容和电容器
  • 孤立导体的电容
    • C=q/U（表征导体每升高单位电势所需要的电荷量）
  • 电容器及其电容
    • • 此处的导体与导体壳共同组成的导体系称之为电容器
        • 电容器的电容会与两导体的尺寸、形状和相对位置有关
  • 电容器的并联、串联
    • 电容器的衡量指标：电容量、耐压值
      • 串联：
        • 此处电压会与电容成反比分配，相当于提升其耐压值
      • 并联：
        • 此处相当于提升其电荷量
  • 电容器储能（电能）
    • 初始定义公式：
      • W=Q*U/2
• 电介质
  • 电介质的极化
    • 束缚电荷微小移动造成的宏观现象
  • 极化的微观机制
    • 无极分子的位移极化
      • 无极分子：电介质分子的重心重合
    • 有极分子的取向极化
      • 有极分子：电介质分子的重心不重合
    • 有极分子中也存在位移极化，但以取向极化为主；但当处于高频率下的电场作用下时，以位移极化为主
  • 电极化强度P
    • 定义：单位体积分子内的分子电矩矢量和
      • PS.其包括极化的程度和极化的方向
      • 当电介质中各点的极化强度矢量大小和方向，则其极化是均匀的
    • 对于均匀的电介质，极化电荷集中于它的表面上，电介质的宏观效果都是通过极化电荷体现的
    • 电极化强度P和极化电荷间的关系
      • 
    • 电极化强度P与极化电荷面密度的关系
      •  ps.en的方向是沿表面向外的法线方向
  • 退极化场
    • 极化电荷于电介质内部形成的附加电场会减弱极化的作用
      • 电场E的大小与电极化强度P之间相互影响又相互关联。通常该类型的相关题目都是已知结果p进而求E
  • 电介质的极化规律 极化率
    • 大多数常见的各向同性线性电介质，其P与E（合场强）方向一致，而数量上成简单的正比关系，而其系数X称作极化率，其大小仅与电介质的种类相关
      • 
  • 电位移矢量D与有介质时的高斯定理 介电常量
    • D:电位移矢量
      •  PS.q仅代指闭合曲面内的自由电荷
  • 电介质在电容器中的作用
    • 增大电容量，减小体积
    • 提高耐压能力
  • 压电效应及其逆效应
    • 通过施加电场，可控制一些物体的形变趋势
• 电场的能量和能量密度
  • 电能是定域在电场当中———近距作用
  • 电容器储能公式We=Q/2U
    • 电能密度
      • ps.当ɛ=1时表征仅电场的能量，反之，当ɛ≠1时，其也包含了介质的极化能
• 通常步骤： 1.分析电场分布情况； 2.计算极板间的电势差大小； 3.计算电容
• 若外电壳与地相接，则可以消除腔内带电体对外的影响【未被带电体束缚的电荷会流入地下】
• 导体壳可以消除外电场对腔内带电体的影响