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.     

电容器能量的3种求法

分别利用电容器的能量公式、 电场的能量公式以及电荷系的静电能公式求出一般电容器所储存的能量     

介质场能的物理诠释

引言 电场空间蕴含能量,其能量密度公式为因电位移矢量D=0E P,故介质场能密度公式含有两项姑且称第一项为纯电场能量密度第二项为极化场能密度在真空中仅有第一项,在介质体内的场能还要附加第二项. 对极化场能的出现,及其在能量转换过程中的表现,应当如何说明呢?这是一个问题.另外,在电动力学课程中可以普遍地导出(1)式,表明它既适用于各向同性介质,也适用于各向异性介质;既适用于稳恒场,也适用于交变场.而在基础物理电磁学课程中,是以平行板介质电容器的储能公式为特例,作形式上的适当改写而给出(l)式.此时仍然定义介质电容量C等于极板自…     

瓣形均匀带电面和均匀带电体在其球心处的电场

在大学物理课程电磁学部分的教学中,经常会利用高斯定理研究均匀带电球面、均匀带电球体等电荷分布具有高度对称性的带电体的电场分布.对于这些均匀带电球面、均匀带电球体的一部分,比如瓣形均匀带电面和瓣形均匀带电体,利用高斯定理不能求出其电场分布,但是可以利用点电荷的电场强度公式加电场叠加原理的方法研究在一些特殊位置的电场.本文推导出了瓣形均匀带电面和瓣形均匀带电体在特殊点球心处的电场,并且进一步讨论了均匀带电半球面、球面、半球体和球体在球心处的电场.     

电容器与电源连接电路中的能量转化关系

推导了电容器储存的电场能的公式以及电能密度公式, 探究了电容器与电源连接电路中的电场能在 外力做功的过程中的转化规律, 利用电容器的静电能公式和虚功法解答有关电容器极板间距大小或电介质多少发 生变化的竞赛题     

均匀带电细圆环电场的级数解

根据点电荷场强公式和电场叠加原理,导出了均匀带电细圆环电场的级数表达式,进而讨论了均匀带电细圆环平面内、中心轴线上和远区的电场.     

带电液滴的稳定性和临界电荷问题

针对电荷分布于液滴表面和液滴体内二种带电模型,使用能量分析法,讨论带电液滴的稳定性问题,并且推导出临界电荷的表达式.     

带电线电场中导体球上的特定电荷分布

研究了带电导体球在带电直线电场中的电荷分布问题,并计算了两种特定情况下导体球表面的电荷密度.     

孤立带电导体面电荷密度的分布

关于孤立带电导体表面上面电荷密度的分布问题,在普通物理学教科书中都有讨论,一般只是作为实验结论,在理论分析上比较粗略。本文试图从靜电场的基本性质出发,推导出电力线束发散程度与等位面的曲率之间的普遍关系式,从而定性地讨论孤立带电导体表面电荷分布情况。     

关于静电场相关能量的分析

对静电学中的电势能、相互作用能、自能、静电能、电场能等各种能量概念进行分析讨论,指出它们之间的区别与联系,并通过实例说明如何应用相关能量公式计算带电体的静电能.     

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.     

等离子体环境下孤立导体表面充电时域特性研究

航天器在等离子体环境下的表面充放电受到多种因素影响, 其中充电时间是影响静电放电频次的一个重要因素. 本文从等离子体的微观结构出发, 同时考虑材料参数特性, 在对每个粒子运用力学原理的基础上, 以统计方法 推导出孤立导体球表面充电电位时域表达式. 利用电位时域表达式推导出孤立导体球净电荷量时域表达式及静电场能量时域表达式. 以较低非极地地球轨道和较高地球同步轨道为例对孤立导体球电位、 净电荷量及静电场能量的时域特性进行了讨论, 分析了空间环境参数和导体球半径大小对表面充电的影响, 总结出等离子体环境下孤立导体表面充电时域特性规律. 关键词： 等离子体 孤立导体 表面带电 时域     

连续分布电荷体系电荷元的自能问题

连续分布电荷体系可分割为无穷多个电荷元,系统研究了电荷元的自能问题.利用均匀带电球体和均匀带电圆面的自能公式和夹逼定理,分两步严格证明了连续分布电荷体系电荷元的自能之和为零.第一步,证明自由电荷体系电荷元的自能之和为零;第二步,证明一般电荷体系电荷元的自能之和为零.因此,连续分布电荷体系的电场能就等于电荷元之间的相互作用能.     

航天器内部孤立导体表面带电面积效应研究

航天器内部孤立导体充放电对航天器的影响更为隐蔽, 造成直接和潜在的伤害更加严重. 综合考虑航天器内部环境中粒子参数及材料二次电子特性等因素, 基于气体动理论, 结合粒子的麦克斯韦速度分布函数, 得出孤立导体球充电电位一般表达式. 利用电位表达式推导得出孤立导体球净电荷量及静电场能量与导体面积关系表达式. 讨论了特殊情况下孤立导体静电场能量与面积及空间环境的关系, 与地面电子元器件电磁脉冲放电损伤值进行了对比, 总结出孤立导体表面带电面积效应规律. 关键词： 孤立导体 表面带电 静电场能量 面积效应     

几种孤立带电导体的电荷面密度与曲率的关系

引言 本文试图计算某些形状规则的带电导体共电荷面密度与曲率的关系.本文的基本思路是:根据带电导体电场的电势[1],[2],可以求出导体表面的电荷密度(σ=E/4π=｜φ｜/4π).再利用微分几何有关曲率的知识,就可得到电荷密度与曲率的关系式. 下面先介绍微分几何有关曲率的知识.二、主曲率和总曲率[3] 平面曲线的曲率概念我们是熟悉的.下面我们说明曲面的曲率可以通过平面曲线的曲率来表示. 通过曲面上任一点M的法线,可以作出无穷多个平面,每个平面与曲面的交线称为M点的法截线.M点的法截线有无穷多条,每条都是平面曲线,都有确定的曲率.设M点…     

静电场中的相关能量

从点电荷到带电体,对静电场中引入的几个相关能量,即电势能、电场能、电相互作用能、自能、固有能、互能等做了辨析和探究.电势能是带电体间或带电体与电场间的相互作用能,具有相对性和共有性.在指定电荷相距无限远电势能为零的条件下,解析法给出的电场能本质上就是电势能.自能即固有能和互能分别是对单一带电体的电场能和多带电体间的相互作用能的另一种表述.论文还进一步对点电荷电场能发散问题做了讨论,指出了球形带电体场能公式的适用极限.     

混合电解质溶液中考虑介电饱和度的表面电位评估原理（英文）

基于非线性泊松-玻尔兹曼方程,推导了混合电解质溶液中考虑介电饱和度的表面电位的解析表达式.近似解析解和精确数值解计算出的表面电位在很大范围的电荷密度和离子强度条件下均具有很好的一致性.当表面电荷密度大于0.30 C/m~2时,介电饱和度对表面电位的影响变得尤为重要;当表面电荷密度小于0.30 C/m~2时,可忽略介电饱和度的影响,即基于经典泊松-玻尔兹曼方程可获得有效的表面电位解析模型.因此,0.3 C/m~2可作为是否考虑介电饱和度的颗粒临界表面电荷密度值.在低表面电荷密度时,考虑介质饱和度的表面电位解析模型可自然回归到经典泊松-玻尔兹曼理论的结果,得到的表面电位可以正确地预测一价和二价反离子之间的吸附选择性.     

表面等离极化激元对电荷输运影响的自洽场理论研究Ⅱ——MIM体系分子轨道场的计算与分析

采用自洽场方法计算MIM体系在电场作用下分子场系数、态密度和局域电子态密度的变化.结果表明，分子场系数分布呈现弦函数形式；随电场增大，能带向深能量延伸并且能级峰间分离的更明显，以及构成电流通道的3d_m群原子轨道交叠态的重叠量增大，提高 了电荷输运的能力.该分析为探讨SPP对电荷输运影响的建立奠定了基础. 关键词： 分子轨道场系数 电流通道 态密度 局域电子态密度     

运动电荷的电/磁场高斯定理的直接验证

尽管麦氏方程组的张量协变形式已然揭示了高斯定理的相对论协变性,但在大学物理的教学中仍然缺乏对运动电荷的高斯定理的切身体会与直接验证.本文首先运用电磁场张量变换的方法推导出运动电荷的电场与磁场强度,再运用积分及矢量运算的若干技巧,直接而简单地验证了高斯定理对于运动电荷的电场与磁场仍然满足,从而直接验证了电场与磁场的高斯定...     

电磁场的复矢量表示

在麦克斯韦方程组及洛伦兹力密度公式基础上引入电磁场复矢量,讨论了电磁场普遍规律的新公式,包括对复矢量电磁场的建立,电荷守恒定律,能量守恒定律,电磁场矢势与标势,电磁场动量、能量、张量、相对论协变性等的研究,并和电动力学相比较,得出一些结论.