心智圖資源庫 電場電位電容
圖文整理了庫侖定律-電場-電位能-電位-電容的邏輯順序,在靜止電荷間的基本交互作用還有帶電粒子在電場中運動知識,小夥伴們可下載取用。
編輯於2023-03-31 09:12:31이것은 (III) 저산소증-유도 인자 프롤릴 하이드 록 실라 제 억제제에 대한 마인드 맵이며, 주요 함량은 다음을 포함한다 : 저산소증-유도 인자 프롤릴 하이드 록 실라 제 억제제 (HIF-PHI)는 신장 빈혈의 치료를위한 새로운 소형 분자 경구 약물이다. 1. HIF-PHI 복용량 선택 및 조정. Rosalasstat의 초기 용량, 2. HIF-PHI 사용 중 모니터링, 3. 부작용 및 예방 조치.
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電場、電位與電容
靜止電荷間的基本相互作用
庫侖定律
庫侖定律 (Coulom's_law) the magnitude of the electrostatic force of attraction or repulsion between two point charges is directly proportional to the product of the magnitudes of charges and inversely proportional to the square of the distance betweenges them.The wof or resle 集. the charges have the same sign, the electrostatic force between them is repulsive; if they have different signs, the force between them is attractive. 真空中的兩個點電荷之間的靜電吸引力或排斥力的大小與電荷大小的乘積成正比,與它們之間距離的平方成反比。力沿著連接兩個電荷的直線。如果電荷具有相同的符號,則它們之間的靜電力是排斥的;如果他們有不同的符號,他們之間的力量是有吸引力的 1785 年由法國物理學家Charles-Augustin de Coulomb首次發表,這是一個自然/天成的規律!
把其中的負電荷換成不同的電荷或電量 |q|,稱作“試探電荷”,另一個不變的電荷Q叫“場源電荷”或“源電荷”。 無論負電荷怎麼更換,距離正電荷 r 的位置,都有一個不變的成分,我們稱它為「電場 (Electric field)」。
電場
源電荷Q/距Q的距離r都不變化時,框內是不變的部分: ke 叫庫侖常量 (我們還叫它靜電力常數) 框內這部分叫做“電場”
電場就是一個單位的(試探)電荷所受的庫侖力/靜電力/電場力
電場是單位電荷所受的力
重力場就是 g 重力場就是單位質量物體所受的力 g又叫加速度,電場E 的性質呢?
電場與電場強度是同義。電場的大小就是電場強度,應以電場為主。 更沒有此英文electric field strength
電場的佈局規律
點電荷的電場並非處處相等,根據庫侖定律,公式轉換如左圖 注意:哪個是定義?哪個是根源?
和光速有關
虛擬的電場線 用點標示成電荷,輻射出「電場線」。要注意,場線是電場強度和方向的圖形說明,不代表實際的物理意義。但是根據實際情況來說,這些虛擬的電場線的數量確實和電荷量成正比。假設電場線的數量就是電荷量的數量! 電場線的特色:電場線永遠不會相交!終止於負電荷或無限遠處。 電場強度 E 又跟電場線有什麼關係呢?
電場線是源電荷立體均勻發散的,像光的照明一樣。 距離電荷 r處的球的表面積是4πr^2,
1個單位的表面積 「A」上有多少電場線? r 是變量,不需要研究2r、3r處的電場線 Inverse-square law 平方反比定律,意義:在三維空間的點源輻射的幾何稀釋--擴散
電場 E 是1/ε倍的電場線的密度,是1/ε倍的電荷量的密度---這是根源!
1. 距源電荷的距離相等的地方,電場大小是一樣的; 2. 電場線越密集,電場越大;電場線越稀疏,電場越小; 電場線的疏密就是電場強度的大小
某點的多個電場是可以向量合成的/各自算各自的球面半徑 彎曲的電場線就是所有電場的合電場
靜電屏蔽
1. 導體靜電平衡 2. 法拉第籠。感應電荷產生了一個相反的電場,抵消了籠子外部的電場。
庫侖定律的有效條件
1. 電荷是球對稱分佈(例如:點電荷或帶電金屬球), 因為庫侖常數k 和球形有關。 右圖電荷週邊有導體,影響了電場強度的均勻分佈,某點的庫侖力是不適合用庫侖定律的; 但是,知道某點的電場強度,能否計算庫侖力呢?當然可以。
2. 電荷彼此之間必須是靜止的。
電場的邏輯總結
靜止電荷間的基本交互作用→力
電場是單位電荷所受的力
電場線的密度可以代表電荷量的密度
電場線的疏密代表電場強度的大小
電位
電位能
基本邏輯
電場是單位電荷所受的力,處在 Q的電場中的任何電荷都會受到力的作用。 能量和力直接相關的,若受力則該處必然存在能量。
點電荷電場的電位能
正電荷電場的電位能
一 、庫侖力的做功
庫侖力的做功 試探電荷 q在庫侖力作用下,從B點到A點,庫侖力做正功。根據能量守恆定律,做的正功就是減少的電位能。 負號是指減少的電位能,大小同做的功一樣。能量只有大小,沒有方向。
B點的電位能大於A點電位能
庫侖力所做功的大小就是電位能的差額,藉由做功可判斷電位能的高低。
二、庫侖力是變力,變力做功的大小
庫侖力是變力 試探點電荷 q,從B點到A點庫侖力做功,庫侖力是個和位置有關的變力,位移有一點變化,力就變化了
庫侖力變力做功的數學圖形(積分),建議記住結論
三、庫侖力從A→∞
庫侖力從A→∞時 F→0 試探電荷 q在庫侖力作用下,從A點到無限遠處,庫侖力做正功,能量守恆定律的公式: 負號意思是,減少的功就是增加的電位能,反之亦然。能量只有大小,沒有方向。
庫侖力做的全部功就是該點的電位能
1.電位能的零點在無窮遠處,庫侖力在無窮遠處為零。從A點到零點做的功的大小就是該點的電位能; 2.一個電荷週邊電位能的大小,和試探電荷的電量成正比、與源電荷的距離成反比。
負電荷電場的電位能
庫侖力做的功是兩點之間電位能的差
試探電荷 q在庫侖力作用下,從A點到B點,庫侖力做正功,根據能量守恆定律,減少的電位能就是庫侖力做的功。
A點的電位能大於B點電位能
兩點之間做功的大小
試探點電荷 q,從A點到B點電場力做功的大小:
從該點起,克服庫侖力的外力做的全部的功(勻速極慢),就是該點的電位能
增加的電位能就是克服庫侖力做的功
負電荷週邊的電位能是負值,無窮遠處為0電位能; 越靠近負電荷,電位能的絕對值越大。
點電荷位能變化
電場力與做功-----電場力與電位------做功與位能差
點電荷電位能的變化規律
1. 力是功的梯度,是位能梯度(負值);參考單電荷、正負電荷位能圖示 2. |電位能| 大的位置,力越大; 3. 力越大的位置,電場越大。
均勻電場的電位能
均勻電場
紫色框中可看作勻強電場
試探電荷 q在庫侖力作用下,從A點到B點,庫侖力做正功。根據能量守恆定律,做的功就是減少的電位能,負號代表電位能減少。
A點的電位能大於B點電位能
庫侖力是恆力,從A→B做的功
勻強電場的最大電位能,d : 極板間距 電位能零點在哪裡?
勻強電場位能變化
勻強:電場大小處處相等,電場力處處相等,;注意電位零點
M點的電位能是多大?
勻強電場的電位能公式中的距離,為何和點電荷位能公式的距離相反?
點電荷因為E是變化的,電位能與源電荷的距離成反比
勻強電場E確定的
不一樣的系統中,比較電位能是沒有意義的
庫侖定律有用的副產品
電場強度就是電荷量密度的1/ε ---此公式不限於點電荷電場 →單位面積的電荷量的1/ε就是電場強度
平行板導體組成的電場強度 Q:板上正或負電荷數 S: 板的面積 ε :介電常數,ε0真空介電常數
電位能的單位
依據電場力做功定義的電位能,所以電位能的單位與功的單位一樣,焦耳,符號J
電勢能的邏輯總結
若物體受到力的作用,則該處必然存在能量。 力是能量的梯度。
電場就是力場 電場力做的正功就是減少的電位能
確定不受電場力(或受力平衡)的位置為0參考點 合力為零,電場為0,電位能為零
電場力從某點開始完成的所有正功,就代表了該點的電位能
電位定義
尋求統一的規律是物理發展的動力,統一的規律需要盡量剔除變數!電位就是剔除了試探電荷影響的電位能,電位就是在電場中,單位電荷所具有的電位能 SI單位 伏特(Volt) ,符號V,或J/C
電荷量為1 C的電荷在該點的 電位能是1 J,則該點的電位就是1 V。
點電荷電場的電位
r :距源電荷的距離
黃色為0V,顏色越深(→紫色 或→藍色)電位的絕對值越大 1. 沿著電場線方向電位逐漸降低,直到電位能的零點。 2. 過了電位能零點後,以負值計算的電位,也是逐漸減小(以絕對值計則是增大) 3. 電位是和電位能的零點位置完全對應的,只有大小,沒有方向,是個標量。 4. 細線圓圈代表相等的電位,也代表相等的電位(/C)
勻強電場的電位
l :距負電荷板的距離
電位差
點電荷的電位差
藍色:電位差
勻強電場的電位差
AB兩點的電位差,又叫電壓,是單位電荷做的功,是單位電荷的電位能之差。是單位電荷的力作的功Ed, d:AB點之間的距離 AB之間電場相等/線密度相等
板間距
電荷q的位能全部轉化成動能
電勢的邏輯總結
電位就是電場中的單位電荷所具有的電位能
通常規定無限遠處的電位能為0,或規定大地表面的電位能為0。電位的零點和電位能零點一樣
任兩點間的電位差就是單位電荷在兩點間移動所做的功
電場-電位能-電位概括
點電荷
1. 黑色帶箭頭的粗線:電場線-電場力線;某點的線的密度就是電場的大小,也是電場力的大小,也是電荷量的密度大小; 場線不交叉,沿著電場線方向,線的密度越小,電場越小,電場力越小; 2. 顏色及深度代表電位能:黃色代表零電位能,顏色越深,|電位能|越大;0電位能處的電位為0; 3. 細線圈代表等勢面;也是電位能相等的面。 4. 電場線越密集,電場力越大,同距離做的功越多,電位能越大,等電位越密集 5. 電場線跟等位面垂直,沿著電場線方向電位逐漸降低;
勻電場
透過電荷量可構造穩定均勻的電場
電容
靜止電荷間存在相互作用
電場力
電場
電位能
電位與電位差
把兩塊導電的板子通上電源,板上正負電荷平衡後,再斷電,這兩塊板子就儲藏了能量
什麼是電容?
兩個平行板的電場,正/負電荷平衡,能儲存電荷的元件叫電容器。通常由兩個導電表面板組成,並被中間稱為電介質的絕緣層隔開。在常規電容器中,電能透過分離的電荷(通常是電子)靜態儲存在兩個電極板之間的電場中。 <這個元件能儲存能量,是儲藏電荷的容器,所以叫電容>
電容的定義
Q: 電容器所帶的電荷量,是指一個極板所帶電荷量 U: 電容器兩極板之間的電位差 電容:單位電壓下儲存的電荷量
在SI 國際單位制中,電容單位:法拉(farad),簡稱法,符號:F。 即電容器帶1 C 的電荷量時,兩極板之間的電位差是1 V,這個電容器的電容就是1 F。 F單位很大,實際常用的單位主要是微法(μF)和皮法(pF), 1 μF = 10^-6 F 1 pF = 10^-12F
從公式來看,似乎電容的大小受電荷量和電壓的影響,其實不是! 電壓本身就是電荷量
理想情況下,電容大小取決於極板面積以及電介質的厚度。製造每個具體的電容器時,電容大小就是固定的。 (可變化的電容器除外)
電介質
常見的電介質(介電材料)有: 陶瓷、薄膜(塑膠、紙)、 雲母、玻璃、紙張、空氣 、真空 金屬上的氧化層(鋁、鉭、鈮),
1.左圖:如果在極板中間加上任何一個導體,電荷就會流動了,就會流失能量。所以電介質是一種絕緣體。 2、電介質可以透過施加的電場極化。材料極化類似靜電感應(中圖)。 3.介電材料沒有鬆散結合或自由的電子,當置於電場中時,電介質中的電荷不會流出材料,僅是稍微偏離它們原來的平均平衡位置。 (右圖)
陶瓷電容
貼片電容的剖面結構與示意圖。使用時需要區分正負極嗎?
薄膜電容
聚丙烯(PP) 聚對苯二甲酸乙二酯,聚酯(PET) 聚苯硫醚(PPS) 聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN) 聚四氟乙烯(PTFE) 使用時需要區分正負極嗎?
電解電容
鋁電解電容 1.陽極是鋁箔,鋁箔上附有一層三氧化二鋁的氧化層,氧化層是電介質! 2.浸有電解質的紙是陰極,紙中的鋁箔是陰極引線而已; 3.電解電容是以陰極材料是電解質而得名。 4.需要區分正負極。 陶瓷、薄膜電容都是指電介質,本圖為金屬氧化層電介質
鉭電容
區分正負極 正極:鉭塊 負極:二氧化錳 電介質是五氧化二鉭
不同的電介質對電容影響巨大
Permittivity
超級電容器
1、super:電容的能量密度大,即每單位體積可儲存的能量。上、下圖比較,超級電容電容值高達電解電容器的 20,000 倍。 2.現有超級電容器的能量密度約為傳統電池/可充電電池的 10%,傳統電容器能量密度極低,和可充電電池之間的差距巨大,超級電容器處於差距的中間,彌補作用明顯。可做到高達 12,000法拉/1.2 伏特。 3.雖然現有超級電容器的能量密度約為傳統電池的 10%,但它們的功率密度通常高出 10 到 100 倍。功率密度是能量密度乘以能量傳遞到負載的速度的乘積(在電池、馬達、電源等能量轉換器中,功率密度以W/m^3表示)。 功率密度大則充電/放電週期短。這使得它們非常適合與電池並聯,並且可以提高電池在功率密度方面的性能。
超級電容器(電化學電容器)由兩個被離子滲透膜(隔膜)隔開的電極和以離子方式連接兩個電極的電解質組成。當電極經由外加電壓極化時,電解質中的離子形成與電極極性相反的雙電層。
額定電壓
額定電壓
在特定的電場強度之上,電容器中的電介質會變得導電,並失去電容功能。薄啊 產品上標示的額定電壓一定低於擊穿電壓。
帶電粒子在電場中運動
應定位為基礎學習
1. 加熱絲加熱陰極,釋放出電子;控制形成電子束並聚焦; 2. 電子被相當大的正極電位吸引,(一般聚焦正極1200V,加速正極2000V)形成很細、一定速度的電子束; 3. 在 y(垂直)和 x(水平)板上施加外來電場來偏轉電子束; 4. 電光束擊中塗有光敏材料的顯示屏,磷螢光材料小點的螢光屏,被檢測為光。
偏轉系統的原理
電荷在電場中的受力偏轉! The electrons are accelerated by a positive voltage at the anode and pass through the hole in the anode. A vertical Y deflection is archived by a plate capacitor. The signal to be measured is sent to the vertical p. electrons are deflected up or down, they follow the measured voltage signal. In the X-direction, the deflection takes place by a 90° angle turned plate capacitor, to which a sawtooth voltage left to right. 電子被陽極上的正電壓加速並穿過陽極上的孔。垂直Y偏轉由平板電容器實現。待測訊號發送至垂直板電容器。根據電壓的不同,電子向上或向下偏轉,它們跟隨測量的電壓訊號。在X方向上,電子的偏轉是由90°轉角的另一個板式電容器造成。向其施加鋸齒電壓,確保電子束始終從左向右偏轉。
外來待測電壓訊號,形成了的y(垂直)電場使電子上下運動,電子不斷堆疊在顯示器上,但只能看到一條垂直線。 (類似彈簧振子的上下運動)。
單獨x(水平)電容施加的鋸齒狀電壓讓電子一直向右偏轉,將待測訊號按時間展開,形成波形,找出問題。鋸齒波電壓訊號的頻率應和被測訊號的頻率保持同步
偏轉板是電容;Y軸是振幅和運動位移,X軸是時間!待測訊號主要是電壓值,一切可以用電壓表測量的量都可以在Y軸輸入。也可以測量交流電壓的值和週期。