带电导体系的电场能量

为清晰、透彻地理解静电学中涉及的各种能量的基本概念,本文从场的观点和电荷的观点分析讨论了该问题,并选择了几个熟悉的例子来说明本文认识的合理性.依照场的观点,真空中两个体积足够小的电荷的静电场能量密度为:1/2ε0E21+1/2ε0E22+ε0E1·E2.其中,1/2ε0E21和1/2ε0E22分别为两个电荷单独存在时的电场能量密度,而交叉项ε0E1·E2则为两个电荷电场的相互作用能量密度;它们的空间积分分别为两个电荷单独存在时的静电场能量和两个电荷电场之间的相互作用能量.而从电荷观点出发,此3个静电场的能量分别为两个电荷的固有能和彼此之间的静电相互作用势能.推广到有限体积的孤立带电导体以及带电导体系的情形,可知孤立带电导体的固有能就是其上所有无限小电荷元间的相互作用势能之和,而带电导体系的电场能也就是体系所包含的所有电荷元间的相互作用势能的总和.     

电容器并联过程中静电场能损失的再计算

本文就电路集中参数Ｒ、Ｌ、Ｃ分别为三种情况，详细计算了电容器并联过程中静电场能的损失，无论以上哪种情况，电路上的输出功率与电路电阻上的热耗功率总是相等．     

多道电容器荷电状态监测器

激光、脉冲强磁场、轨道炮、受控热核聚变等研究装置以及海底石汕勘探、桥墩无损检测等探测设备的供能系统和运行过程可以用图1表示.负载电流的峰值为imax=V(L/C)1/2,其中C为电容器组的总容量,L为负载电感(为简单明了起见,略去了放电回路中其它的电感值).为了获得足够大的电流值,常使V足够高,并使C足够大,为此揣将很多台高压电容器并联到负载上.只有当所有的电容器充到同一电压值V并同时放电时,才能得到所需的电流值.但在实验中会发现,由于种种原因(如连线断开、电容器发生故障、开关K失灵等).有些电容器或某些单元未能充到预定的电压值…     

电容器连接中的能量"丢失"问题

在贵刊第14卷第1期(2006年3月)中刊登了一篇《电容器连接中的能量问题》一文,该文作者根据电荷守恒定律解题后发现:虽然是一个纯电容电路,而且电容器是一个储能元件,不消耗能量,但C1,C2连接后能量损失了0．09J,我认为可作如下解释:     

焦耳热如何分配——对2022年高考全国甲卷理综第20题定量分析

对2022年高考全国甲卷理综第20题的“单杆+电容+电阻”情景问题,通过微分方程分析电阻R和导体棒的电流变化,并定量计算焦耳热及分配比例.在求解过程中发现随时间指数衰减电流的焦耳热计算方式,还总结出将“单杆导轨”等效为电容器的方法.     

問題解答

問:用附圖中的两种不同的方法進行电解銀的实驗,所消耗的能量相等,但所析出的質量却不相等,似与理論不合,应該如何理解? 电压=V伏特电压=V伏特电流=I安培电流=1/2I安培时間=t秒时間=2t秒电量=Q庫伦电量=Q庫伦m=1.118毫克m=2×1.118=2.236毫克W=IVt焦耳W=IVt焦耳     

电容器放电的演示

这个演示可以说明电容器的几个基本性能,使得这些性能有趣和可信。应该特别指出电容器本来就是一个把电介质放在金属板间做成的。以静电场形式储存能量的系统。     

两个带等量异号电荷的金属球间的相互吸引力

一、引言 两个点电荷间的相互作用力可由库仑定律表达出,这是一种特殊情况.两个带电金属球间相互吸引力,却是常遇到的问题,一般书籍中均未介绍,本文利用静电镜象法给予计算.二、静电镜象法 根据静电镜象法,半径均为a的两个金属球,各带相异电荷,电量均为Q,两球心相距为2d,则两球间相互吸引力等于半径为a的金属球,带电量为Q,与一个接地的无限大金属平面形成电容器而出现的相互吸引力(球心距平面为d)(见图1). 在空气中,半径为a的金属球单独存在,若球面电势为 V2,相当于球心带电量为 q0=4πε0αV2,今使金属球心距接地的无限大金属平面为d,为…     

关于物理过程中“半能”损失的归类分析

对中学物理范畴的“半能”损失现象作了系统的归类分析,找出了能量耗散的三类形式：内摩擦做功生热、焦耳热、电磁辐射．     

避开矢量分析推导电场能量密度公式

在讨论静电能问题时,大多数教科书都详细地推导了带电体系的静电能公式,对于能量定域于电场的观点,相比之下显得轻描淡写.究其原因,大概是推导能量密度公式涉及矢量分析.本文介绍一种避开矢量分析推导能量密度公式的方法,意在强化能量定域于电场的观点,强化对静电场基本规律的认识. 我们知道,点电荷系的静电能是一个表面电荷密度为σ、电位为U的带电导体,可以看成无限多个点电荷的带电体系,其静电能是表面电荷密度分别为σ1、σ2、…、σN,电位分别为 U1、U2、…、UN的导体系的总能量则为 按照能量定域于电场的观点,建立带电体系的过程就…     

一道RC电路题解的商榷

在一辅导练习上,有电路如图1所示一题的解法,电源 =I0V,Rl=30Ω,R2=20Ω,R3=50Ω,Cl=lμF,C2=2μF,问C1,C2的带电量为多少. 原解:因为R3中无电流,故拿走,此时C1与C2串联与R1并联     

插入平行板电容器的电介质板所受的静电场力

插入平行板电容器的电介质平板受静电场力一类问题,常用虚功原理计算.因其只考虑场能变化,不考虑电荷间作用的具体过程,计算过程简单.这类问题也可用库仑定律求解,只是计算过程较繁冗,但是可以得到介质极受力时,电荷间相互作用的清晰物理图象.下面我们用库仑定律计算理想电容器内介质板的受力问题。 设平行板电容器极板长为l,宽为b,极板间距为2a,充以电荷Q.将一宽为b,原为2a,相对介电常数为εγ的大介质板插入电容器中(如下图所示). 当介质板插入到电容器的深度为x(l>x≥a)时,极板及介质板电有密度分别为a;、a:、a’.计算可得 惯 阶面密度…     

思考题及其解答

1．当站在斜向上运动的电梯的阶梯上的乘客，自己也沿着阶梯匀速上升时，电动机所做的功和输出功率会改变吗？2白天，在室外看房子的墙壁和窗户的玻璃时，即使墙是用灰色的颜料粉饰过的，看上去也是玻璃暗，为什么？3．众所周知，带电的小球能吸引纸屑，如果用同心金属球壳把带电小球包围起来，对纸屑是否还具有吸引力？如果用金属球壳把纸屑包围起来，情况又如何？4放射衰变与核反应有什么不同？5使平行板电容器与蓄电池相联，在分开电容器的两板时，我们必须反抗电容器两极间的静电吸引力而作功，这功变成了什么？电容器贮存的能量怎样变…     

感受电容器的充电和放电

如图1所示，G为J0401型演示电表的G挡，并联电阻R1=300Ω，对电表起阻尼作用，避免因表针的固有振动造成假象，串联电阻R2=5kΩ，做限流保护用，C为200μF电解电容器，原来不带电，当单刀双掷开关K与b点接通的瞬间，G指针偏转。     

基于电池热特性及产热行为的新型锂离子电池评价

建立了一种新的基于锂离子电池热特性及产热行为的电池性能评价方法. 通过测量一系列不同容量及电极材料的18650电池在不同充放电时间及电流下其充放电能量的变化,建立了一个包含焦耳热与极化热影响因子的表达电池在充放电过程中的能量损失的模型. 利用这种模型,计算出电池总内阻R以及极化参数′,并且对R及′在不同温度下的变化情况进行了研究,建立一个对不同电池和不同温度都适用的普适性模型.     

电子管振荡发生器的演示

师范课本§349图455,说明应用电子管可以使振荡电路的电振荡保持无阻尼。过去我们缺乏仪器,讲起来很抽象,同学不容易理解,我应用了下面的仪器装置进行实验,这教具不但说明了无阻尼振荡的概念,而且巩固了电磁振荡的周期或频率和电容的关系,同时让同学复习频率和音调的关系。装置如下图: V是一个30的电子管;L是一个220V变成110V,90V……的降压变压器,L_1是接220V的线圈,L_2是接110V的线圈(如果L用1∶3的低周管压器也可以),A,B是两个线端插头;C是由固定电容器并联起来的可变电容器,每只电容器用纸质0.1μf,P是舌簧式的扬声器。B电我只用10V左右就可以发出较大的声音,使     

关于两个带电导体球相互作用力问题的讨论

《大学物理》 1983年第7期刊登的《一个静电场题目中的三个“0.618”》[1]一文,有错误之处.该文在讨论到两个带电金属球之间的作用力问题时写到:“(ii)如果Q1与Q2同号,而且R1=R2,则两球之间始终是排斥力.”我们认为这一结论是不能成立的.本文拟对两个不同半径、带不同电量的导体球间的作用力进行定量讨论,作为对该文的补正,同时对《大学物理》的另一文[2]作一点补充. 两个导体球,球Ⅰ和球Ⅱ的半径分别为R1和R2,带电量分别为Q1和Q2,两球心间距O1O2=d。 在一般情况下,随着球心距d由小到大的变化,两球间的相互作用力不仅大小在变化,而且可…     

中考物理选择题典型题例归类

1.关于焦耳这一单位,以一F说法正确的是() A.功、能和热最的国际单位都是焦耳B.1焦耳一1牛顿·米一1瓦特·秒 C.1焦耳一1伏特·安培·秒D.1焦耳一1伏特.库仑一1安培·欧姆.秒(93年辽宁省) 2.关于托盘天平的使用、下列说法中错误的是() A.首先把天平放在水平桌面上,然后旋动横梁右端的螺母,使指针指在刻度盘的中央· B.应把被测物体放在左盘里,缺码放在右盘里. C.不能把潮湿的东西或化学药品直接放到盘里. D.加在天平上的质量不能超过它的称量范围.(93年山东省) 3.甲、乙两只比重计放在水中,水面与甲最上面的刻度线相平,与乙最下面的刻度…     

提高电路功率因数的演示实验

为讲清功率因数这个物理概念,我们采用在感性电路中,并联一只电容器,使得在整个电路中用增加容抗的办法来抵消原来的感抗。我们使用的感性电路是简单的日光灯电路,如图所示。其中D_1和D_2为6.3V、0.15A的小电珠,C为2μF、300V的电容器,日光灯为8W,开关应使用单掷乓乒开关,而不用闸刀开关,以免触电。演示方法:将图中K_1、K_2切断,电路中接入200V的交流电源,当开关K_1接通时,发现电路中日光灯和小电珠都正常地发光。此时将K_2     

从“卡”的变迁议热的本质

能量、功和热量的国标单位都是“焦耳”,基本上结束了“卡”这一古老单位。早在18世纪中叶,卡就作为热的量度单位,比焦耳的出生年代(1818)早了近半个世纪,然而它终于还是被“焦耳”所取而代之了。通过“卡”的历史变迁,从一个侧面反映出人们对热现象本质的认识过程。 1 “热质说”与“卡”的引入 早在17世纪,玻意耳、牛顿、培根、笛卡儿