靜電場(完) —— 靜電場的環路定理 電勢


今日一言:不想太過悲慘的話,
     最保險的方法就是不要期望能很開心。
             ——叔本華

靜電場(完) —— 靜電場的環路定理 電勢

物理雖然不是數學,但一定要計算!
但一定要計算!
一定要計算!
定要計算!
要計算!
計算!
算!


課本目錄

  • 11.1 電荷 庫倫定律
    • 11.1.1 電荷及其性質
    • 11.1.2 庫倫定律
  • 11.2 電場 電場強度
    • 11.2.1 電場
    • 11.2.2 電場強度
    • 11.2.3 電場強度疊加原理
    • 11.2.4 電場強度計算
    • 11.2.5 電場對電荷的作用力
  • 11.3 電通量 高斯定理
    • 11.3.1 電場線
    • 11.3.2 電通量
    • 11.3.3 高斯定理
    • 11.3.4 高斯定理的應用
  • 11.4 靜電場的環路定理 電勢
    • 11.4.1 靜電場的環路定理
    • 11.4.2 電勢能
    • 11.4.3 電勢 電勢差
    • 11.4.4 電勢的計算
  • 11.5 等勢面 電勢梯度
    • 11.5.1 等勢面
    • 11.5.2 電勢梯度

11.4.1 靜電場的環路定理

電場力做功特點就是只與始末位置有關,和路徑無關
所以環路定理就是:不管你之前怎么走,只要你回來了,你就是前功盡棄了。

而靜電場中的電場力做功可以用路徑上的元位移所做的元功的積分。

實際上就是求積分:

元功:

故意從分母中把r取到分子上是有原因的(結合圖示):

總功:

靜電場力是保守力,靜電場是保守場

(Latex公式的顯示已經盡力了)

E的環流:場強E沿任意閉合路徑L的線積分。

靜電場的環路定理:靜電場中,場強沿任意閉合路徑的線積分等於零。


11.4.2 電勢能

電場力對移動的試探電荷所做的功等於相應電勢能增量的負值。

a點的電勢能:

11.4.3 電勢 電勢差

電勢: 電勢能和電荷量的比值,即電位

很多概念中,電勢值都是該點的單位正電荷到電勢零點所做的功。而這里取無限遠處為電勢零點,是人為定的,不論電勢零點如何定義,都不影響計算,但計算前一定要選定電勢零點。

電勢差: 就是兩點電勢的差。

用電勢差求電場力:


11.4.4 電勢的計算

  1. 定義法(場強積分法)

  2. 電勢疊加法

(對公式排版絕望,但要偷懶知足)


11.5 等勢面 電勢梯度


11.5.1 等勢面

等勢面:電場中電勢相等的點構成的面,即等位面

11.5.2 電勢梯度

場強電勢的微分關系。

電勢差計算元功:

場強計算元功:

結合:

電勢梯度矢量:空間直角坐標系三個方向上的分量和。(沒有負號

電場中任意一點的電場強度等於該點電勢梯度的負值。

電勢梯度是一個矢量,它的大小為電勢沿等勢面法線方向的變化率,它的方向沿等勢面法向且指向電勢增大的方向



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