极化电荷与自由电荷之间区别的演示实验

如果将导体放入静电场中会发生静电感应现象，绝缘体（电介质）放入外电场中将发生电介质的极化，在其表面上出现正、负极化电荷．极化电荷牢固地束缚在介质上，既不能离开电介质，也不能在电介质中自由移动，即使将带有极化电荷的电介质与导体相接触，极化电荷也不会与导体上的自由电荷相中和．下面分别介绍几个演示实验，使学生在学习过程中加深理解极化电荷与自由电荷之间的区别．实验1带电导体对导体和电介质的作用实验装置如图1所示，将装有塑料柄的金属圆板小（直径约20cm）固定在铁支座上．用导线将人和静电感应起电机的正电极相连接…     

用于开放性实验和演示实验的静电场中的乒乓球

静电场与物质的相互作用，既表现在静电场对物质的影响，也表现在物质对静电场的影响．现在让我们用一个创造性的实验来更进一步了解静电场中的电介质极化和导体静电感应现象．     

均匀电场中电介质椭球与电介质极化

均匀电场中电介质椭球与电介质极化潘留仙，徐勇，黄瑞霖（湖南益阳师专）（西南交通大学成都）１引言均匀电介质处于匀强电场凡中时，电介质被极化，其介质表面出现束缚的极化电荷。这—些束缚电荷和自由电荷一样，在其周围空间产生一个附加场。这时空间任一点的场强为对...     

均匀外电场中的一般椭球形导体

根据一个均匀极化的一般椭球形电介质表面的极化电荷的分布规律与一个处在均匀外电场中具有相同形状的导体椭球表面上感应电荷的分布规律的相似性,通过先求出均匀极化椭球表面上极化电荷的分布规律,然后用类比的方法给出了一个处在均匀外电场中具有相同形状的一般椭球形导体表面上电荷的分布规律。     

均匀电场中的椭球形导体

本文利用"一个均匀极化的电介质椭球,其表面的极化电荷在椭球内产生一个与极化方向严格相反的均匀电场"这个观点,以均匀极化的旋转椭球形电介质为模型,用类比的方法导出了均匀外电场中旋转椭球形导体表面电荷的分布规律.     

静电场中电介质的极化能

本文通过处于理想平板电容器中的一种电介质原子的极化模型，在经典物理范围内讨论了与电介质中静电场能量有关的问题．特别是关于静电场中电介质的极化能，说明它作为介质中静电场能量的组成部分在微观上的意义．     

移动导体和电介质情况下的静电能公式推导

为了证明复杂带电系统的静电能与系统的建立过程无关,从库仑定律出发,运用数学方法,推导了以任意方式搬运自由电荷、导体和电介质时静电场做的功,得到普遍情况下的静电能公式.结果表明:对于线性电介质,静电能只与带电系统的最终分布状态有关.该结论为求解静电力的虚位移法提供了重要的理论依据.     

《电磁学》中静电类问题的可视化仿真实验设计

《电磁学》中基本概念、基本规律理论性强、场图复杂.针对离散点电荷系在空间产生的场分布、静电场中导体的静电感应现象、静电场中电介质的极化现象等典型静电类电磁问题,利用Matlab中的偏微分方程工具箱(PDEtool)、数学物理方程进行可视化仿真实验设计.仿真结果中电场线、等势线的分布很好地体现出典型电磁现象及相关物理性质,有助于信息技术条件下的教学方法改革.     

静电场作用下电介质的极化性质

本文概述了静电场中电介质的极化机理与性质，对综合反映电介质极化行为的主要宏观量χ、ε与微观量α的关系进行了分析讨论．     

束缚电荷特性的实验演示

电介质表面在极化过程中产生束缚电荷,束缚电荷与自由电荷有明显的区别,通过一系列的实验,演示了束缚电荷既不能离开电介质,也不能在电介质中自由移动,也就是“束缚”的特性。     

均匀磁场中转动的导体上电荷的分布

指出了在均匀磁场中运动的轴对称导体上分布的电荷所产生的附加磁场是很弱的,在忽略附加磁场时导体内的电荷是均匀分布的,并求出导体球上电荷分布。     

点电荷在拓扑绝缘体和导体中感应磁单极

利用电势和磁标势的第一类零阶贝塞尔函数的公式及拓扑绝缘体材料的本构关系, 推导了点电荷在电介质、 拓扑绝缘体和接地导体三个区域的感应电势及感应磁标势. 研究表明: 点电荷 在电介质、 拓扑绝缘体和接地导体中感应了像电荷和像磁单极; 感应像电荷和感应像磁单极的大小和正负除了与场源电荷、 拓扑绝缘体材料参数等因素有关外, 还与像电荷和像磁单极所处的空间位置有关.     

导体与点电荷之间的相互作用能的一点讨论

不带电荷的导体移到点电荷的静电场中时,导体表面会产生感应电荷.我们证明对任意形状的导体,导体和点电荷之间的相互作用能是点电荷与其镜象电荷之间库仑作用能的1/2,并且对此结果给出一个非常简单的解释.     

Arrays of Charged (±2π)-Twist Disclinations in Ferroelectric Liquid Crystals

The notion of an electrostatic charge of (±2)-twist disclinations is used to approximate the evaluation of the electrostatic interaction energy among disclinations forming arrays in finite samples of ferroelectric chiral smectic C liquid crystals. Screening effects of free charges in a material surrounding the disclination are taken into account by introducing a phenomenological depolarisation factor.The electrostatic interaction energy is important in chiral smectic C materials with high values of the spontaneous polarisation when screening effects of free charges are small. Then the electrostatic interaction leads to elimination of disclinations from the sample. When there is a high concentration of free charges in the sample (smaller value of depolarisation factor), the electrostatic interaction energy is of the order of the elastic interaction energy of disclinations what influences the equilibrium of disclination arrays in the sample. Two disclination configurations are considered. In the Brunet-Williams configuration the disclinations of opposite topological charge have also the opposite electrostatic charge so their attraction is augmented. This attraction can be balanced by the helical structure in the central part of the sample when the sample thickness is rather high.On the contrary, in the Glogarová-Pavel configuration the disclinations of opposite topological charge have the electrostatic charge of the same sign. The equilibrium in this configuration is either a balance of elastic attraction and electrostatic repulsion if elastic and Coulomb forces are of the same order or it is governed by the value of the anchoring energy when electrostatic interaction prevails over the elastic one.     

介质部分填充平行平板传输线微放电过程分析

本文主要研究了介质填充微波部件微放电随时间演变的过程,重点分析了介质微波部件微放电自熄灭机理.以介质部分填充平行平板传输线为研究对象,忽略空间电荷效应,采用自主研发粒子模拟软件模拟微放电过程,并将模拟结果与金属微波部件结果进行对比.结果表明,在一定功率下,金属微放电过程中电子数目呈指数形式增长,而介质微放电过程经历初始电子倍增后发生自熄灭现象,同时发现在电子数目即将下降为0时,介质表面的平均二次电子发射系数大于1或约等于1.另外,在上述模拟结果的基础上对微放电过程中介质表面积累电荷问题进一步分析,模拟结果表明,如果持续向微波部件内注入电子,介质表面的平均二次电子发射系数最终都约等于1.所得结论对研究复杂介质填充微波部件微放电的机理具有一定的理论指导价值.     

Some laws of polarization and dispersion of a drop in an electrostatic field

The laws of distribution among contributions in various interactions to the total polarization energy of a conductor in a uniform electrostatic field was analyzed. It is shown that in a closed system, spontaneous shape variations of a liquid conductor with a free surface in an external magnetic field are possible only if they are accompanied by an increase in the conductor dipole moment. Variations of the intrinsic energy of a conductor are studied by the example of a conductive liquid drop in the case where a drop affected by a polarization charge becomes unstable. Analytical expressions defining the sizes and charges of the droplets ejected out of the initial drop under the conditions of instability are derived.     

表面电荷密度法的应用研究

本文介绍了一种边界积分方程法——表面电荷密度法。它可用于处理轴对称电场和三维电场,特别是包含介质和开放边界的系统;还可用来精确确定各种形状电极间的电容。本文对应用此法所遇到的各种奇异性问题进行了讨论,在理论推导的基础上,编制了通用程序,它可处理包含圆形、直线形电极和介质的轴对称系统,可处理矩形平面电极的三维场。利用这个程序,对尖端发射体外的电位分布及快速变像管中一种常用的聚焦系统的空间电位分布进行了计算,与差分法作了比较,还计算了考虑介质边界后的影响;计算了单球体的空间电位分布,并与解析值进行了比较,计算了几种模型的电容,并与解析值和极限值进行了比较。     

关于静电屏蔽上限的讨论

将导体壳放入外电场中,导体会在表面产生感应电荷,并达到静电平衡状态,导体壳腔内的电场处处为零,这就是静电屏蔽效应.然而,如果外电场极强,或者导体内部的自由电荷太少,以至于感应电场不能完全抵消外电场,则静电屏蔽效应将失效,这就是静电屏蔽的上限问题.本文从静电屏蔽的原理出发,将导体壳简化为一对平行金属平板的模型,定量的讨论了这一问题.通过计算我们发现,由于金属内存在大量的自由电子,在非极端问题中,宏观的导体装置都远远不会遇到静电屏蔽的上限问题.