物理——静电场

这是一个关于物理——静电场的思维导图，主要内容有电荷及其守恒定律、库仑定律、电场、电势能和电势、电容、静电的利用与防范。

静电场

• 电荷及其守恒定律
  • 电荷
    • 特点
      • 电荷分为两种：正电荷和负电荷
      • 电荷间存在相互作用：同号电荷间相互排斥；异号电荷间相互吸引。
    • 静电现象
      • 摩擦起电
        • 如果物体受到摩擦的作用，就会使原子中的电子发生转移而使自身的正负电荷不平衡，从而使物体呈现带电性。（两个物体发生摩擦时，得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电。）
        • 毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷。
        • 丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷。
      • 接触起电
        • 接触起电是指带电体和不带电的物体相接触而使后者带电的现象。
        • 用毛皮摩擦过的橡胶棒与验电器接触，使验电器带电。
      • 感应起电
        • 若将一个带电体靠近一个不带电的导体，该导体在靠近带电体的一端聚集了与带电体相反的电荷，而远离带电体的一端聚集了与带电体相同的电荷。这种现象叫作静电感应。
        • 通过静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电。
        • 本质
          • 物质的原子中的电子在不同物体间或者同一物体的不同部分间发生了转移，它们之间电荷的总量并没有发生变化。
          • 电子在两个相互接触的物体之间转移或自由电子在导体上的重新分布
    • 电荷守恒定律
      • 对于一个孤立系统，系统内电荷总量保持不变。
      • 电荷能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到其他部分，但在转移过程中电荷的总量保持不变。
      • 通俗表达
        • 一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。
    • 电荷的量度
      • 电荷量（标量）
        • 物体所带电荷的多少
        • 用符号 Q 或 q 表示（取正电荷的电荷量为正值，取负电荷的电荷量为负值）
      • 电荷量的国际单位
        • 库仑（简称库）符号为 C
        • 微库，符号为 μC
        • 换算关系：1 μC = 10^(-6) C
        • 定义
          • 1A 恒定电流在1s 时间间隔内所传送的电荷量为1C。
      • 元电荷（最小的电荷量）
        • 特点
          • 所有带电体的电荷量是e的整数倍。
        • e=1.6×10^（-19）C
• 库仑定律
  • 静电力
    • 静止电荷之间的相互作用又叫做静电力。
  • 库伦定律
    • 真空中两个静止的点电荷之间相互作用力的大小跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们之间的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。这叫做库仑定律。
    • 电荷间的这种相互作用的静电力又称为库仑力。
    • 静电力常量k=9.0×10^9N*m^2/C^2 即两个均带 1 C 电荷量的点电荷即使在相距 1 m 的情况下，它们相互间的库仑力依然高达 9×10^9 N。
    • 类 比 是 根 据 两 个不同对象的部分特性相似而推出它其他性质也可能相似的一种推理方法。
• 电场
  • 电场
    • 带电体周围空间存在一种物质，这种物质称为电场。
    • 电荷间的相互作用靠电场来传递。
    • 相对观察者静止的电荷产生的电场叫做静电场。
    • 基本性质
      • 能够对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫做电场力。
  • 电场线
    • 电场线是为了直观形象地描述电场分布而在电场中引入的一些假想的曲线。
    • 特点
      • 电场线是有方向的曲线
      • 电场线起始于正电荷（或无穷远），终止于负电荷（或无穷远）
      • 曲线上每一点的切线方向与正电荷在该点所受的电场力的方向相同，与负电荷在该点所受的电场力的方向相反（在电场中不相交）
      • 电场线的疏密可以大致反映电场的强弱，电场线密集的地方电场强，稀疏的地方电场弱。
  • 电场强度（矢量）
    • 放入电场中某点的电荷所受的电场力 F 和其电荷量 q 之比叫做该点的电场强度。
      • 为了研究点电荷 A 周围电场力的性质，我们需要在电场中引入另一个点电荷 B。我们把点电荷 A 称为场源电荷，点电荷 B 称为试探电荷。
    • 电场中某点电场强度的方向跟正电荷在该点所受电场力的方向相同。 其数值上等于单位正电荷所受的电场力。
    • E=F/q(定义式、计算式)
  • 电场的叠加原理
    • E=kq/r2
    • r:源电荷到该位置的距离(m)，Q:源电荷的电量（只适用于点电荷）
    • 电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和
  • 匀强电场
    • 在某个区域内各处电场强度大小相等、方向相同的电场称为匀强电场。
• 电势能和电势
  • 静电力做功特点
    • 只与起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关
  • 电势能（标量）
    • 电荷在电场中也具有势能。这种势能就叫做电势能。
    • 电荷在电场中某点的电势能=把电荷从此点移到电势能零处电场力所做的功。 E=q φA→0 
    • W=qU=-△Ep，U为电势差，q为电量。
    • W=qEd (d为沿场强方向上的距离)
  • 电势（标量）
    • 在电场中，任意一点电荷的电势能 Ep 和它所带的电荷量 q 之比叫做这一点的电势。
    • 电场中任意一点的电势数值上等于单位正电荷在该点所具有的电势能，等于单位正电荷由该点移到零电势点时电场力所做的功.
    • 特征
      • 电场中某点的电势由电场本身因素决定，与检验电荷无关，与零势点的选取有关。
      • 沿电场线方向电势降低。
  • 等势面
    • 电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面。
    • 特征
      • 各点电势相等，等势面上任意两点间的电势差为零
      • 电场线与等势面垂直，且由电势高的面指向电势低的面，没电场线方向电势降低。
      • 等势面的疏密可表示电场的强弱。
  • 电势差（标量）
    • 电场中两点间电势之差称为电势差，也叫电压。
    • UAB=φA－φB 
    • UAB=WAB/q 
    • 反映电场本身性质，取决于电场两点，与移动的电荷无关，与零电势的选取无关
  • 电场强度与电势差的关系
    • 匀强电场中电场强度数值上等于沿电场线方向单位距离上降低的电势。
    • 沿电场线的方向电势降低得最快。
• 电容
  • 电容器
    • 能存储电荷和电能的装置叫做电容器。
    • 充电过程：电源的电能转化为电容器的电场能 
    • 放电过程：电容器的电场能转化为其他形式的能
  • 电容
    • 电容器所带的电荷量 Q 与电容器两极板间的电势差 U 之比称为电容器的 电容。
    • C=Q/U
    • 单位：法拉F 1pF=10^（-6）μF=10^（-12）F
    • 特点
      • 电容器的电容C与Q和U无关，只由电容器本身决定。
      • 电容器的带电量Q是指一个极板带电量的绝对值。
      • 电容器始终与电源相连，则电容器的电压不变。电容器充电完毕，再与电源断开，则电容器的带电量不变。
    • 加在电容器两极板上的电压超过某个极限数值，电介质将变成导体，这种现象称为电介质的击穿。电介质击穿会导致电容器损坏。这个极限电压称为击穿电压。
• 静电的利用与防范
  • 利用：静电除尘、静电喷雾、静电复印
  • 防范：良好接地、工艺控制、使用避雷针（接闪杆）
  • 静电利用是借助电荷间的相互作用，而静电防范是让产生的电荷及时转移出去，不产生累积。