環保專業知識輔導之電磁場基本原理(1)
復習要求:
1、熟悉電磁場機理;了解電磁耦合途徑。
2、了解電力系統、電氣化鐵道、電磁發射系統產生電磁污染的機理和特性。
3、了解電磁污染的主要危害。
一、靜電場
電荷周圍存在著一種特殊形式的物質,稱為電場。相對于觀察者為靜止的且其電量不隨時間而變的電荷所產生的電場,稱為靜電場。
1、庫侖定律:在真空中兩點電荷間相互作用力與兩電荷間乘積成正比,與電荷間距離的平方成反比;力的方向沿電荷之間的連線或延長線,同性電荷相互排斥而異性電荷相互吸引。
2、電場強度
已知電場強度可以計算電荷 在電場中受到的電場力 多個(n個)點電荷在真空中建立的電場強度為 真空中有限長直線段 上均勻分布著密度為 的電荷,計算帶電線外任一點電場強度。
如果帶電直線為無限長,則 , 。 描述電場的物理量還有電勢(電位),場強是矢量計算復雜,電勢是標量。試驗電荷 在靜電場中沿某一路徑從一點 移到另一點 時,電場力所做的功 。 點和 點的電壓為 。靜電場中兩點間的電壓,等于由一點至另一點移動單位正電荷時電場力所做的功。
靜電場中任意兩點間的電壓與所取路徑無關。討論點電荷的電場。
, 兩點間的電壓只與 點和 點的位置有關,而與所取路徑無關。因為任何電荷分布都可以把它們分成許多點電荷的元電荷。將每個元電荷所建立的電場進行疊加,合成電場也必具有這一性質。即電場強度的環路積分恒等于零。 電場強度的環路線積分為零。這就是靜電場環路定理。在靜電場中沿任一閉合環路移動單位正電荷一周,電場力所做的功為零。沿任一閉合環路運動,功或能量是守恒的,故靜電場是守恒場。
3、電位
由靜電場的環路定理,可以定義一個表征靜電場特性的標量場量電位,符號為 , 為電位參考點。 為 點相對于 點的電位,或稱 點的電位,或電勢。電位是單值函數。
取無限遠為電勢零點,則 靜電場中,兩點間的電壓就是這兩點的電位差。
真空中一個點電荷 電位 G為格林函數,表示單位正電荷所建立的電位。
電場強度和電位的關系 即電場強度在 方向的分量等于電位在該方向的空間偏導數并加以負號。直角坐標系中
定義 ,稱為哈密頓算符(讀作“del”或 “納布拉”)。
稱為電位梯度。電位相等的點所形成的面稱為等位面, 垂直等位面, 的大小等于 在等位面法線方向的分量 , 大于 在其他方向的分量。電位梯度是電位在各方向中最大的空間偏導數或最大的空間變化率。電場強度的數值等于這種最大的電位空間變化率,電場強度指電位降的方向,而電位梯度指電位升的方向。
4、電偶極子
一對等量異號的電荷 相距一個小的距離 ,稱為電偶極子。研究遠離電偶極子的場,即 。任一點處的電位 ,可以寫為 。令矢量 ,其數值等于乘積 ,方向由 指向 ,稱為電偶極子的電矩,簡稱電偶極矩。這樣有
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