靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體與介質(zhì)施衛(wèi)課件

靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體與介質(zhì)施衛(wèi)課件靜電場(chǎng)的基本概念導(dǎo)體的靜電特性靜電場(chǎng)中的介質(zhì)靜電場(chǎng)的能量與力靜電場(chǎng)的測(cè)量與模擬靜電場(chǎng)的工程應(yīng)用01靜電場(chǎng)的基本概念電荷周?chē)嬖诘奈镔|(zhì)，會(huì)對(duì)放入其中的電荷產(chǎn)生力的作用。電場(chǎng)描述電場(chǎng)對(duì)電荷作用力大小的物理量，與電場(chǎng)中某點(diǎn)電荷所受的靜電力F成正比，與該電荷的電量q成反比。電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)與電場(chǎng)強(qiáng)度描述電場(chǎng)中某點(diǎn)電荷具有的勢(shì)能大小的物理量，等于單位正電荷在該點(diǎn)所具有的勢(shì)能。描述電場(chǎng)中兩點(diǎn)之間電勢(shì)高低之差的物理量，等于單位正電荷在兩點(diǎn)之間移動(dòng)時(shí)靜電力所做的功。電勢(shì)與電勢(shì)差電勢(shì)差電勢(shì)電荷分布電荷在空間中的分布情況。電荷分布與電場(chǎng)的關(guān)系電荷分布決定了電場(chǎng)分布，即空間某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度與該點(diǎn)附近的電荷分布有關(guān)。電荷分布與電場(chǎng)的關(guān)系02導(dǎo)體的靜電特性

導(dǎo)體的靜電平衡靜電平衡定義導(dǎo)體在靜電場(chǎng)中，內(nèi)部自由電荷受到電場(chǎng)力作用而重新分布，最終導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)為零，整體對(duì)外表現(xiàn)為等電位。靜電平衡過(guò)程導(dǎo)體置于靜電場(chǎng)中，初始時(shí)刻導(dǎo)體內(nèi)部存在自由電荷，電場(chǎng)力作用下自由電荷移動(dòng)，直至導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)為零，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)。靜電平衡條件導(dǎo)體內(nèi)部任意兩點(diǎn)間電勢(shì)差為零，即導(dǎo)體內(nèi)部不存在電場(chǎng)。靜電感應(yīng)原理導(dǎo)體放入靜電場(chǎng)后，導(dǎo)體表面電荷分布改變，導(dǎo)致導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)變化，感應(yīng)電荷繼續(xù)移動(dòng)直至達(dá)到新的靜電平衡狀態(tài)。靜電感應(yīng)的影響因素導(dǎo)體材料、尺寸、形狀、表面狀況以及周?chē)h(huán)境因素等都會(huì)影響靜電感應(yīng)現(xiàn)象。靜電感應(yīng)現(xiàn)象當(dāng)導(dǎo)體放入靜電場(chǎng)中，導(dǎo)體表面會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與原電場(chǎng)疊加，影響導(dǎo)體內(nèi)部電荷分布。導(dǎo)體的靜電感應(yīng)123電位是指單位正電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所具有的勢(shì)能，通常用符號(hào)"V"表示。電位定義導(dǎo)體的電位分布與電荷分布密切相關(guān)，電荷分布是電位分布的原因，而電位分布又反過(guò)來(lái)影響電荷分布。電位與電荷分布關(guān)系通過(guò)測(cè)量導(dǎo)體表面的電位分布，可以推斷出導(dǎo)體內(nèi)部電荷分布情況。常用的測(cè)量方法有電位梯度法、電容法等。電位測(cè)量方法導(dǎo)體的電位與電荷分布03靜電場(chǎng)中的介質(zhì)在靜電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)中的分子或原子會(huì)發(fā)生定向排列，形成電偶極子，這種現(xiàn)象稱(chēng)為極化。極化現(xiàn)象極化機(jī)制包括電子極化、離子極化和取向極化等，它們分別由介質(zhì)中電子、離子和分子在不同電場(chǎng)作用下的響應(yīng)產(chǎn)生。極化機(jī)制極化強(qiáng)度是描述介質(zhì)極化程度的物理量，與電場(chǎng)強(qiáng)度和介質(zhì)特性有關(guān)。極化強(qiáng)度介質(zhì)的極化電導(dǎo)01電導(dǎo)是描述介質(zhì)導(dǎo)電能力的物理量，由介質(zhì)中自由電子和離子的遷移率決定。在靜電場(chǎng)中，電導(dǎo)會(huì)導(dǎo)致電流的產(chǎn)生，從而影響電場(chǎng)分布。損耗02在靜電場(chǎng)中，介質(zhì)中的能量會(huì)因?yàn)殡妼?dǎo)和介質(zhì)內(nèi)部的耗散效應(yīng)而逐漸損失，這種現(xiàn)象稱(chēng)為損耗。損耗與介質(zhì)的電導(dǎo)和電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。電導(dǎo)率和介質(zhì)損耗角正切03電導(dǎo)率和介質(zhì)損耗角正切是描述介質(zhì)電導(dǎo)和損耗的常用參數(shù)，它們可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到。介質(zhì)的電導(dǎo)與損耗在介質(zhì)中，由于極化和電導(dǎo)的存在，實(shí)際的電場(chǎng)分布由電場(chǎng)矢量和電位移矢量共同決定。電位移矢量描述了電場(chǎng)在介質(zhì)中的分布。電位移矢量在靜電場(chǎng)中，介質(zhì)的存在會(huì)導(dǎo)致電容和電感的改變。電容和電感是描述介質(zhì)對(duì)電場(chǎng)響應(yīng)的物理量，與介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和幾何形狀有關(guān)。電容和電感求解介質(zhì)中的電場(chǎng)分布需要綜合考慮介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和其他電磁效應(yīng)。常用的求解方法包括有限元法、有限差分法和邊界元法等數(shù)值計(jì)算方法。電場(chǎng)分布的求解方法介質(zhì)中的電場(chǎng)分布04靜電場(chǎng)的能量與力電場(chǎng)能量電場(chǎng)中儲(chǔ)存的能量，與電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的乘積成正比。能量密度單位體積內(nèi)的電場(chǎng)能量，與電場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比。電場(chǎng)能量與能量密度帶電粒子在電場(chǎng)中受到的力，與電場(chǎng)強(qiáng)度和粒子所帶電荷的乘積成正比。電場(chǎng)力電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力，與電場(chǎng)力、粒子位置和電場(chǎng)方向之間的關(guān)系相關(guān)。力矩電場(chǎng)力與力矩03電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的束縛電場(chǎng)對(duì)帶電粒子產(chǎn)生約束力，使粒子在電場(chǎng)中保持穩(wěn)定狀態(tài)。01電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速電場(chǎng)對(duì)帶正負(fù)電荷的粒子產(chǎn)生相反方向的加速作用。02電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)對(duì)帶電粒子產(chǎn)生側(cè)向偏轉(zhuǎn)力，使粒子運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生彎曲。電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的作用05靜電場(chǎng)的測(cè)量與模擬通過(guò)測(cè)量電場(chǎng)中導(dǎo)體上的電荷分布或介質(zhì)中的電位移矢量，直接計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度和電位。直接測(cè)量法電容法電感法利用電容器測(cè)量電場(chǎng)，通過(guò)測(cè)量電容器的電容值和極板間距，計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度。利用電感線圈測(cè)量電場(chǎng)，通過(guò)測(cè)量線圈的電感量和匝數(shù)，計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度。030201電場(chǎng)測(cè)量技術(shù)將電場(chǎng)離散化為網(wǎng)格，用差分方程近似求解電場(chǎng)分布。有限差分法將電場(chǎng)劃分為若干個(gè)單元，用有限元方程求解電場(chǎng)分布。有限元法將問(wèn)題限制在物體邊界上，通過(guò)邊界條件求解電場(chǎng)分布。邊界元法電場(chǎng)模擬方法靜電噴涂利用靜電場(chǎng)將涂料粒子吸附到工件表面，實(shí)現(xiàn)高效、均勻的涂裝。靜電除塵利用靜電場(chǎng)對(duì)氣體中的粉塵顆粒進(jìn)行荷電和收集，凈化空氣。靜電紡絲利用靜電場(chǎng)對(duì)聚合物溶液進(jìn)行拉伸和固化，制備納米纖維材料。電場(chǎng)測(cè)量與模擬的應(yīng)用06靜電場(chǎng)的工程應(yīng)用靜電除塵利用靜電場(chǎng)使氣體電離，產(chǎn)生大量正負(fù)離子，使塵埃粒子與正負(fù)離子結(jié)合帶上電荷，然后利用極性相反的電極或電場(chǎng)將帶電塵埃吸引到集塵極，從而實(shí)現(xiàn)除塵。優(yōu)點(diǎn)靜電除塵效率高，處理氣量大，適用于各種工業(yè)粉塵的凈化。缺點(diǎn)設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用較高，需要消耗大量電能。靜電除塵利用靜電場(chǎng)將涂料微粒吸附到工件表面，形成均勻的涂膜。靜電噴涂涂裝效率高，涂料利用率高，適用于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)。優(yōu)點(diǎn)對(duì)涂料的導(dǎo)電性要求較高，涂層質(zhì)量受工