电磁场的应用.docx

电磁场的应用.docx

《电磁场的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁场的应用.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电磁场的应用

电磁场与电磁波

静

电

场

的

应

用

系别：

班级：

姓名：

静电场的应用

静电场，到底什么是静电场呢？

静电场是指由静止电荷（相对于观察者静止的电荷）激发的电场．

　　根据静电场的高斯定理，静电场的电场线,起于正电荷,终止于负电荷，或从无穷远到无穷远，故静电场是有源场．从安培环路定理来说它是一个无旋场．根据环量定理，静电场中环量恒等于零,表明静电场中沿任意闭合路径移动电荷，电场所做的功都为零，因此静电场是保守场．

　　根据库仑定律，两个点电荷之间的作用力跟它们电量的乘积成正比，和它们距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，即Ｆ＝kQ1Q2/r2,Ｋ为静电力恒量，约为牛米２/库２

　　注意，点电荷是当带电体的距离比它们的大小大得多时，带电体的形状和大小可以忽略不计的电荷．

那么静电场又有那些应用呢？

1、静电除尘

以煤作燃料的工厂、电站，每天排出的烟气带走大量的煤粉，不仅浪费燃料，而且严重地污染环境。

利用静电除尘可以消除烟气中的煤粉,图7是静电除尘器的原理示意图。

除尘器由金属管A和悬在管中的金属丝B组成,A接到高压电源的正极,B接到高压电源的负极，它们之间有很强的电场，而且距B越近，场强越大。

B附近的空气分子被强电场电离,成为电子和正离子。

正离子被吸到B上，得到电子，又成为分子。

电子在向着正极A运动的过程中，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，吸附到正极A上，最后在重力的作用下落入下面的漏斗中。

静电除尘用于粉尘较多的各种场所,除去有害的微粒，或者回收物资，如回收水泥粉尘。

图1静电除尘

2、静电复印

静电复印机的中心部件是一个可以旋转的接地的铝质圆柱体，表面镀一层半导体硒,叫做硒鼓。

半导体硒有特殊的光电性质：

没有光照射时是很好的绝缘体,能保持电荷；受到光的照射立即变成导体，将所带的电荷导走。

图2曝光

图3显影

图4转印

图5复印的全过程

复印每一页材料都要经过充电（图2）、曝光、显影（图3）、转印（图4）等几个步骤，这几个步骤是在硒鼓转动一周的过程中依次完成的。

此后，吸附了墨粉的纸送入定影区，墨粉在高温下熔化,浸入纸中，形成牢固的字迹。

硒鼓则经过清除表面残留的墨粉和电荷，准备复印下一页材料。

图5表示复印的全过程。

3、喷墨打印机

图6喷墨打印机基本结构和工作原理图

喷墨打印机（ink-jetprinter）是一种基于静电场偏转原理，可以提高打印速度，改善打印质量的打印机。

在喷墨打印机内，以超声频率振动的喷嘴按一定间距喷出非常细微且大小一致的墨滴,如图3所示。

这些墨滴在经过带电板间时，按照与要打印的字符成正比的方式获得电荷，由于两垂直偏转板间电位差一定，墨滴垂直方向位移与所带电荷量成正比。

若不使墨滴带电荷，则得到字符间的空白（此时墨滴由储墨器收回）。

在阴极射线示波器中，电子的水平位移是通过均匀改变水平偏转板间的电位差实现的。

而在喷墨打印机中，打印头以恒速水平移动,达到每秒形成100个字符的速率。

由于运动部分很少，喷墨打印机与撞击式打印机相比，显得更安静，更可靠。

同时，撞击式打印机仅能打印在打印轮上已有的字符，而喷墨打印机能形成任何字符，从而有更好的适应性（例如可以打印图纸和图片）。

正如可能已经想到的那样，决定墨滴轨迹的方程与阴极射线管中的电子完全一样。

4、利用电场分选矿物

静电偏转原理也被应用于矿业来分选带异种电荷的矿物。

例如，在一台矿砂分选器中,磷酸盐矿砂含有磷酸盐岩石和石英。

将其送入振动的进料器中,如图4所示。

振动使得磷酸盐岩石微粒与石英颗粒发生摩擦。

在摩擦过程中,石英颗粒得到正电荷,而膦酸盐颗粒得到负电荷。

带异种电荷的微粒的分选由平行板电容器中的电场来完成。

图7选矿器

图8

为了导出带电粒子在平行板电容器运动轨迹的表达式，设石英的质量和电量分别为m和q。

令其在进入两平行极板间带电区域时的初始速为零，如所示：

于是在t＝0时，ux＝0且uz＝0。

重力产生的加速度在x方向。

在任意时刻t，x方向的速度和位移分别为

带电微粒在z方向的运动可以描述如下：

由式

（2）和（5）可以得到每一带电微粒运动轨迹为

这个方程揭示出一个带电粒子在平行板区域的轨迹为一条直线。

带电粒子在x＝d处离开平行板区域所需用的时间为

4、静电屏蔽

如果将导体放在电场强度为E外的外电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下，会逆电场方向运动。

这样，导体的负电荷分布在一边，正电荷分布在另一边，这就是静电感应现象。

由于导体内电荷的重新分布，这些电荷在与外电场相反的方向形成另一电场，电场强度为E内。

根据场强叠加原理，导体内的电场强度等于E外和E内的叠加。

当导体内部总电场强度为零时，导体内的自由电子不再移动。

物理学中将导体中没有电荷移动的状态叫做静电平衡。

处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零。

由此可推知，处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面上。

如果这个导体是中空的，当它达到静电平衡时，内部也将没有电场。

这样，导体的外壳就会对它的内部起到“保护”作用，使它的内部不受外部电场的影响，这种现象称为静电屏蔽。

为防止外界的场（包括电场、磁场,电磁场）进入某个需要保护的区域,称为屏蔽.屏蔽分为静电屏蔽、静磁屏蔽、电磁屏蔽是电磁学的三种不同分支.这三种屏蔽的根本目的则是依据不同的物理原理,利用屏蔽壳上由外场产生的感应效应来抵御外场的影响,从而为“保护区”设立了屏障,抑制了外界的干扰。

为了避免外界电场对仪器设备的影响，或者为了避免电器设备的电场对外界的影响，用一个空腔导体把外电场遮住，使其内部不受影响，也不使电器设备对外界产生影响，这就叫做静电屏蔽。

空腔导体不接地的屏蔽为外屏蔽，空腔导体接地的屏蔽为全屏蔽。

空腔导体在外电场中处于静电平衡，其内部的场强总等于零。

因此外电场不可能对其内部空间发生任何影响。

若空腔导体内有带电体，在静电平衡时，它的内表面将产生等量异号的感生电荷。

如果外壳不接地则外表面会产生与内部带电体等量而同号的感应电荷，此时感应电荷的电场将对外界产生影响，这时空腔导体只能对外电场屏蔽，却不能屏蔽内部带电体对外界的影响，所以叫外屏蔽。

如果外壳接地，即使内部有带电体存在，这时内表面感应的电荷与带电体所带的电荷的代数和为零，而外表面产生的感应电荷通过接地线流入大地。

外界对壳内无法影响，内部带电体对外界的影响也随之而消除，所以这种屏蔽叫做全屏蔽。

为了防止外界信号的干扰，静电屏蔽被广泛地应用科学技术工作中。

例如电子仪器设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的铅皮等等，都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。

　　在静电平衡状态下，不论是空心导体还是实心导体；不论导体本身带电多少，或者导体是否处于外电场中，必定为等势体，其内部场强为零，这是静电屏蔽的理论基础。