中文名 | 靜電場 | 外文名 | electrostatic field |
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概????念 | 觀察者與電荷量不隨時間發(fā)生變化的電荷相對靜止時所觀察到的電場 | 特????征 | 對置于其中的靜止電荷有力的作用 |
所屬學科 | 物理學、天文學 |
一個帶電的物體靠近另一個導體時,兩個導體的電荷分布發(fā)生明顯的變化,物理學中把這種現(xiàn)象叫做靜電感應。
如果電場中存在導體,在電場力的作用下出現(xiàn)靜電感應現(xiàn)象,使原來中和的正、負電荷分離,出現(xiàn)在導體表面上。這些電荷稱為感應電荷。總的電場是感應電荷與自由電荷共同作用結(jié)果。達到平衡時,導體內(nèi)部的場強處處為零,導體是一個等勢體,導體表面是等勢面,感應電荷都分布在導體外表面,導體表面的電場方向處處與導體表面垂直。靜電感應現(xiàn)象有一些應用,但也可能造成危害。
電場中的絕緣介質(zhì)又稱為電介質(zhì)。由于電場力的作用在原子尺度上出現(xiàn)了等效的束縛電荷。這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的極化。對一種絕緣材料,當電場強度超過某一數(shù)值時,束縛電荷被迫流動造成介質(zhì)擊穿而失去其絕緣性能。因此靜電場的大小對電工器件的設計及材料選擇十分重要。 有介質(zhì)時的靜電場是由束縛電荷及自由電荷共同產(chǎn)生的,為了表示這二者共同作用下的電場,可以引入另一個場矢量電通量密度D(又稱電位移)。它定義為
式中P為電介質(zhì)的極化強度,則可得高斯通量定理
式中q僅為S面內(nèi)所有自由電荷,而不包括電介質(zhì)的束縛電荷。高斯通量定理的微分形式為電位移的散度等于該點自由電荷(體)密度ρ,
電介質(zhì)的極化強度P與電場強度E有關(guān),而電通量密度又與P和E有關(guān),故可得表示電介質(zhì)的本構(gòu)方程
D=εE
由靜止電荷(相對于觀察者靜止的電荷)激發(fā)的電場。
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電子間的作用力
根據(jù)靜電場的高斯定理:
靜電場的電場線起于正電荷或無窮遠,終止于負電荷或無窮遠,故靜電場是有源場.
從安培環(huán)路定理來說它是一個無旋場.
根據(jù)環(huán)量定理,靜電場中環(huán)量恒等于零,表明靜電場中沿任意閉合路徑移動電荷,電場力所做的功都為零,因此靜電場是保守場.
根據(jù)庫侖定律,兩個點電荷之間的作用力跟它們的電荷量的乘積成正比,和它們距離的平方成反比,作用力的方向在它們的連線上,即F=(k·q1q2)/r2;,其中q1、q2為兩電荷的電荷量(不計正負性)、k為靜電力常量,約為9.0e 09(N·m2)/(C2;),r為兩電荷中心點連線的距離。注意,點電荷是不考慮其尺寸、形狀和電荷分布情況的帶電體。是實際帶電體的理想化模型。當帶電體的距離比它們的大小大得多時,帶電體的形狀和大小可以忽略不計的點電荷。
由于靜電場是無旋場,故可用標量電位φ表征靜電場(見電位)。電位與電場強度的關(guān)系是
式中Q點為電位參考點,可選在無窮遠處;P點為觀察點。上式的微分形式為電場強度等于電位的負梯度,即
E=-墷φ在ε為常數(shù)的區(qū)域,
式中墷·墷可記作墷2,在直角坐標中
分別為一階與二階微分算符。這樣,可得電位φ所滿足的微分方程
稱為泊松方程。如果觀察點處自由電荷密度ρ為0,則
墷2φ=0
稱為拉普拉斯方程。泊松方程和拉普拉斯方程描述了靜電場空間分布的規(guī)律性??梢宰C明,當已知ρ、ε及邊界條件時,泊松方程或拉普拉斯方程的解是惟一的,可以設法求解電位φ,再求出場中各處的E。
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靜電場 一、庫倫定律與電荷守恒定律 1.庫侖定律 (1)真空中的兩個靜止的點電荷之間的相互作用力與它們電荷量的乘 積成正比,與它們距離的二次方成反比,作用力的方向在他們的連 線上。 (2)電荷之間的相互作用力稱之為靜電力或庫倫力。 (3)當帶電體的距離比他們的自身大小大得多以至于帶電體的形狀、 大小、電荷的分布狀況對它們之間的相互作用力的影響可以忽略不 計時,這樣的帶電體可以看做帶電的點,叫點電荷。類似于力學中 的質(zhì)點,也時一種理想化的模型。 2.電荷守恒定律 電荷既不能創(chuàng)生,也不能消失,只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物 體,或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到物體的另一部分,在轉(zhuǎn)移的過程中,電 荷的總量保持不變,這個結(jié)論叫電荷守恒定律。 電荷守恒定律也常常表述為:一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng),電 荷的代數(shù)和總是保持不變的。 二、電場的力的性質(zhì) 1.電場強度 (1)定義:放入電場中的某一點的檢驗電荷受到的
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《靜電場》章末檢測題 一、選擇題 1.下列關(guān)于起電的說法錯誤的是( ) A.靜電感應不是創(chuàng)造電荷,只是電荷從物體的一個部分轉(zhuǎn)移到了 另一個部分 B.摩擦起電時,失去電子的物體帶正電,得到電子的物體帶負電 C.摩擦和感應都能使電子轉(zhuǎn)移,只不過前者使電子從一個物體轉(zhuǎn)移 到另一個物體上,而后者則使電子從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部 分 D.一個帶電體接觸一個不帶電的物體,兩個物體可能帶上異種電 荷 2.兩個完全相同的金屬球 A和B帶電量之比為 1:7 ,相距為 r 。兩者接 觸一下放回原來的位置,若兩電荷原來帶異種電荷,則后來兩小球 之間的靜電力大小與原來之比是( ) A.16:7 B.9:7 C.4:7 D.3:7 3.若帶正電荷的小球只受到電場力的作用,則它在任意一段時間內(nèi) ( ). ( A)一
靜電測試儀特點:
1.外殼為防靜電材質(zhì),并有接地扣,確保測量結(jié)果正確可靠,顯示有數(shù)字和圖形,清晰明確。
2.并可附有離子平衡測量板,測量離子產(chǎn)生器的殘余電壓,可測范圍+/-200V。
3.電場測量范圍 +/-20Kv * 2 LED確定25mm工作距離 4.可配離子平衡測量板(+/-200V)
5.單按歸零重置
6.單按顯示鎖定
7.閑置自動關(guān)機
8.電池效能顯示
9.測量模式切換
10.靜電場:單按Power掣,有一beep聲
11.離子平衡(請先安裝離子平衡測量板)同時按Zero和Power,有二beeps聲
12.重量/體積0.13kg/11.5cm*6.5cm*2.5cm(連電池)
技術(shù)指標
1.功 能:有效檢測ESD工作場所設備,工作臺面,工具的帶靜電電荷。
2.特 性:液晶/電平顯示檢測數(shù)據(jù),測試數(shù)據(jù)保持,數(shù)字清零顯示,高/低檔量程。
3.輸 出:紅色LCD顯示正電荷、藍色LCD顯示負電荷
4.測量范圍:(0~±1.49kv低范圍),正負1kv-20kv(高范圍)。
5.測試精度:±10%
6.電 源:9V
7.精 度:低范圍精度為:正負0.1kv ;高范圍精度為:正負1kv
8.輸入電壓:9V,6F22 manganese battery
9.靜電場可測:+/-(0.00-20.0kV)(自動顯示調(diào)整)
10.標準測距:25mm+/-1mm
11.離子平衡可測:+/-(0-200V)
12.測量距離根據(jù):ESD-STM3.1-2000 lonization 標準
13.LCD顯示更新:每秒5次
14.反應時間:1秒
15工作溫濕度:10?40 deg C/RH:0?60%R
16.圖形顯示:正:紅色/ 負:藍色
17.聲響報警:開機/閑置自動關(guān)機/超出可測范圍
18.自動關(guān)機:閑置約5分鐘
單按歸零重置
單按顯示鎖定
閑置自動關(guān)機
電池效能顯示
功能:有效檢測ESD工作場所設備,工作臺面,工具的帶靜電電荷。
特性:液晶/電平顯示檢測數(shù)據(jù),測試數(shù)據(jù)保持,數(shù)字清零顯示,高/低檔量程。
輸出:紅色LCD顯示正電荷、藍色LCD顯示負電荷
精度:低范圍精度為:正負0.1kv 高范圍精度為:正負1kv
輸入電壓:9V,6F22 鎳電池
靜電場可測:+/-(0.00-20.0kV)(自動顯示調(diào)整)
標準測距:25mm+/-1mm
離子平衡可測:+/-(0-200V)
測量距離根據(jù):ESD-STM3.1-2000 離子平衡標準
LCD顯示更新:每秒5次
反應時間:1秒
工作溫濕度:10-40 deg C/RH:0-60%R
圖形顯示:正:紅色/ 負:藍色
聲響報警:開機/閑置自動關(guān)機/超出可測范圍
自動關(guān)機:閑置約5分鐘
測量模式切換
靜電場:單按Power鍵,有一嘟聲
離子平衡(請先安裝離子平衡測量板)同時按Zero和Power,有二嘟聲
EFM022靜電場測試儀配備75mm x 150mm 充電極板(20pF)和CPS022高壓產(chǎn)生器可測量離子風的散電時間及離子平衡度(符合EN61340-5-1.標準, 如果需符合EN63140-5-1.標準, 請使用CPM374平板測試儀).內(nèi)置計時器測量( )1000Vè( )100V和(-)1000Vè(-)100V散電時間, 最小輸出值 /-2V.
使用方法:
1)逆時針旋轉(zhuǎn)把2cm距離標桿卸下,然后打開探頭保護蓋
2) 把接地極板放在EFM022上, 旋緊固定
3) 將充電極板裝到接地極板上方
4) 將EFM022靜電場測試儀固定在配套導電基電座上, 基座接地
5) 開機并轉(zhuǎn)換到CPS-MODE模式, 開始測量
測量方式:
1)CPS022高壓產(chǎn)生器左邊為(-)電極,右邊為( )電極,按下”Press”鍵, 電極上產(chǎn)生1100V以上電壓,將電極接觸到EFM022上的充電板上
2) 當離子風吹向充電板時, 充電板上電壓開始下降, 當電壓降到1000V時, EFM022內(nèi)部計時器開始計時,當充電板上電壓降到100V時, 計時停止. 以此方式, 分別測試( )1000V降到( )100V所需時間和(-)1000V降到(-)100V所需時間.
3) 計時停止后, 稍過一段時間, 屏幕顯示過剩電壓(離子平衡度)
4) 再次按下”function/on”鍵, 可以開始新的測試
產(chǎn)品標準配置:
1、CPS022高壓產(chǎn)生器
2、充電極板
3、接地極板
4、3節(jié)9V NiMH 可充電池
5、充電器
6、導電基座
7、5m 和1m 接地線, 鱷魚夾
8、 校正證書
9、操作說明書
10、防靜電手提箱