18-3电场与电力线

18-3電場與電力線•電場•有關電場的討論•點電荷的電場•許多點電荷的電場•例題18-2•電力線•單一點電荷的電力線分布•兩個電荷所生之電力線•電力線的性質•導體上的靜電荷分布情形•帶電導體上的電場•導體上的電荷互相推斥分佈在導體表面的現象•帶電導體球或導體球殼的電場•電荷均勻之無限大平板的電場•帶電之平行板的電場•例題18-3•帶電之平行板的應用電場•定義：–將電量甚小的測試電荷放入空間中某點，其所受的靜電力與其電量與其電量q的比值，定義為該點的電場強度，簡稱為電場。•單位：N/CqFE有關電場的討論•若q為正電荷，則其所受的靜電力與電場方向相同；若q為負電荷，則相反。•在空間某點的電場強度等於單位正電荷在該點所受的靜電力。•若空間中同時存在許多電荷時，則空間中某點的電場為各點電荷在該處所建立的電場之向量和。點電荷的電場•與電荷Q距離r之處的電場大小為•電場的方向–正電荷Q所產生的電場，方向由電荷本身往外輻射。–負電荷－Q所產生電場的方向，方向往內指向電荷本身。2rQkqFE許多點電荷的電場圖18-8在空間中任一點的電場為各點電荷在該點所生電場的向量和。電力線•將空間中彼此鄰近、而電場方向相同的各點連接起來的有向曲線，為法拉第提出模擬電場的概念。單一點電荷的電力線分布正電荷負電荷兩個電荷所生之電力線(1)鄰近的兩個等量同性電荷所生之電力線鄰近的兩個等量異性電荷所生之電力線兩個電荷所生之電力線(2)鄰近的兩個不等量異性電荷所生之電力線電力線的性質(1)•靜電荷的電力線始於正電荷而中止於負電荷，非封閉曲線。•電力線上某點的切線方向表示該處電場的方向。•電力線的密度表示該處的電場大小，每單位面積上垂直通過的電力線數正比於該處的電場強度，因此電荷所發出的電力線需正比於電量。電力線的性質(2)•電力線彼此排斥，互不相交。•正電荷在電場的運動軌跡，不一定是電力線。•電力線為一張緊的力線，有縮短的趨勢，用以說明異性電會互相吸引。電力線有彈性會互相排擠，用來說明同性電會互相排斥。導體上的靜電荷分布情形•靜電平衡–導體帶電後，其內自由電荷將因靜電力作用而重新分佈，最後淨電荷互相推斥分佈在導體表面上。帶電導體上的電場•導體內部電場必定為零，否則導體內自由電荷仍會繼續受力而移動。•導體表面上的電力線與電場必垂直於導體表面，不然自由電荷仍會沿著表面運動。•導體外部的電場，則因導體形狀不一而無簡單的關係。導體上的電荷互相推斥分佈在導體表面的現象范氏起電機長髮女孩手觸帶電球殼，因而長髮豎立。帶電導體球或導體球殼的電場(1)•考慮一帶電量為Q、半徑為R的實心導體球。達到靜電平衡時，電荷Q將均勻分佈在導體表面上，而導體內電場為零。•球面電荷所發出之電力線，將對稱地垂直於球體表面射出。在球外各點之電力線密度(即電場)，將與電荷Q集中在球心時之情形一樣。•由於電場乃由電荷分佈所決定，因此帶電導體球殼所生之電場，完全與實心導體球相同。帶電導體球或導體球殼的電場(2)導體球上電荷分佈及其所生之電場。導體球殼上電荷分佈及其所生之電場。帶電導體球或導體球殼的電場(3)•帶電量Q半徑為R之金屬球或金屬球殼所建立的電場：0ˆ2ERrrrkQERr時若時若電荷均勻之無限大平板的電場(1)•電荷所發出之電力線必定垂直於板面，方向為平行向外射出或向內射入，視電荷的種類而定，故為一均勻的電場。電荷均勻之無限大平板的電場(2)•無限大均勻帶電的平板在其周圍所產生的電場強度到處相同，和位置無關，其電場強度的量值和平板上的面電荷密度成正比。kE2•當兩平行電板同時存在時，其在A和C兩點的電場剛好衹消，而在B點的電場則因同向而加倍，結果電場僅存在於兩平行電板之間的區域，如圖所示。帶電之平行板的電場•面電密度為σ之兩無限大帶等量異性電之平行板所建立的電場：•註：均勻帶電的無限大金屬板所形成的電場與距離無關，為一均勻電場。04EkE兩板外兩板間帶電之平行板的應用圖18-21示波器圖18-22調整墨滴的帶電量，可控制墨滴投射在紙張上指定位置。