生。據(jù)估計(jì)，全世界每年約有十億次雷暴發(fā)生雷電災(zāi)害波及面廣，從戶外活動的人和畜遭遇雷擊傷亡人數(shù)逐年增多計(jì)算機(jī)、電力輸送、電子工業(yè)、石油化工。雷電災(zāi)害的空間范圍大地?cái)U(kuò)大了。4、雷擊對象增多，如今高層建筑越來越多、電視塔越來越高、高壓電線、儲油罐，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、火箭，特別是微電子器件是一些低壓器件，雷擊的目標(biāo)大地增加了。電放電對合成氨基酸以及其它有機(jī)物是很有效的，它在生命起源方面有重要作用。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep本電荷e，一切物體所帶的電荷是基本電荷e的整數(shù)倍。實(shí)驗(yàn)測定，基本電荷數(shù)值為-19庫侖=4.80-10靜電單位電荷分正、負(fù)電荷兩種。在構(gòu)成原子的三種中子構(gòu)成原子核，核中的質(zhì)子數(shù)等于原子序數(shù)Z，在正常情況下，核外的電子數(shù)也等于原在不帶電物體內(nèi)，每一小體積內(nèi)的質(zhì)子數(shù)等于電子數(shù)，表現(xiàn)為中性狀態(tài)。當(dāng)這種平衡情況被破壞，如果一部分電子轉(zhuǎn)移到另一物體上時(shí)，失去電子的物體就帶正電，電子增加正負(fù)電荷是成對生成的?，F(xiàn)代物理研究表明，當(dāng)一個(gè)高能光子與一個(gè)重原子核作用時(shí)，該負(fù)電子相遇，同時(shí)又會同時(shí)消失而產(chǎn)生兩個(gè)或三個(gè)光子，這叫電子對的湮滅。電荷將消失，稱之為放電。當(dāng)一個(gè)光子與一個(gè)重原子核相作用，光子可轉(zhuǎn)化為一個(gè)正電荷和電子。因此正負(fù)電荷總是成對出現(xiàn)和消失。地的正負(fù)電荷相中和消失的過程。第二節(jié)庫倫定理等帶電體可以看成為點(diǎn)電荷。荷的電荷作為點(diǎn)電荷。pq1q2F=pq1q2侖定理以矢量表示為F=krpF=krrpFpFppPDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep如果選取距離以厘米，力以達(dá)因單位，而選取電荷單位，使k=1，這樣的單位為靜電是庫侖。靜電力的方向與矢徑r的方向一致，也就是由正電荷指向負(fù)電荷的方向。0)雜，但以后的有關(guān)電磁學(xué)定律的表達(dá)方便些。這時(shí)庫侖定律寫為即圍空間特性變化通常用電場來表示。描述電場大小的電荷q在電場中所受的作用力，即電場強(qiáng)度的方向與電荷受的作用力方向一致，為q喻0q一個(gè)點(diǎn)電荷q,在離它r遠(yuǎn)處所激發(fā)的電場強(qiáng)度為PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep對于空間中n個(gè)點(diǎn)電荷在P點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度為各個(gè)電荷單獨(dú)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度矢量之pqirqir對于靜止電荷產(chǎn)生的電場稱靜電場，靜電場對電荷的作用力稱靜電力。bbErbEaraEa=E2E1=q/4πε0(ra-l/2)202a-(l/2)2]2Eb=E2cosj+E1cosj=[q/4πε0(rb+l/2)2+q/4πε0(rb+l/2)2]2b+(l/2)2]1/2=lq/4πε0[r2b+(l/2)2]3/2如果只考慮遠(yuǎn)場的情況，ra>>l,rb>>l，則上式為Ea=2ql/4πε0r3aEb=ql/4πε0r3b在式中ql稱為偶極子的電矩。如果兩對電偶極子具有相同的電矩，則它們在遠(yuǎn)處產(chǎn)生相同第四節(jié)靜電場的勢上面討論了電場對電荷的作用力問題，既然電場對電荷有作用力，則當(dāng)電荷在電場中移動時(shí)，必然要作功。根據(jù)功和能量的關(guān)系，可以確定電場與能量的聯(lián)系。=q2dr=--而與所經(jīng)過的路徑無關(guān)。pEwds/wprq’L好相互抵消，即是這就表示任何點(diǎn)電荷在電場中繞一圈，電力作的功等于0。即沿任意閉合路線，場強(qiáng)線積分為零。利用矢量分析有p對于電場中電荷在兩點(diǎn)間的勢能差為u2-u1=-q.d能。顯見電荷的勢能差與始點(diǎn)和終點(diǎn)、電量有關(guān)。j1j2=u2/qu1/q=.d（1.18）P0，并約定這一點(diǎn)的電勢為j0，則對于電場中任意一點(diǎn)的電勢值為如果定義無窮遠(yuǎn)處的電勢j為零，則電場中任一點(diǎn)的電勢表示為偽偽P偽Pj=ds=, 4 4πε0r對于n個(gè)點(diǎn)電荷q1、q2Λqn在P點(diǎn)產(chǎn)生的電勢為單個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電勢的代數(shù)和，即j=（1.22）dj=.d=Esdsjs式中表示j沿d方向微商，等于j的梯度在d方向的分量=(▽j）s=gradQ因此電場E與j的關(guān)系為==-gradQ直角坐標(biāo)中的三個(gè)分量為x=；y=；z=相等的各點(diǎn)的軌跡為等勢面。等勢面和電力線相垂直。1V(伏特)=1J/C(焦耳/庫侖)=1/300靜電單位。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep處的電場，則這一對點(diǎn)電荷為電偶極子，偶極Q=-q/4πε0r1+q/4πε0r21/2r2r Pr1+q/4πε0[r2+()21/2pcosθ4πε0r2E=-=E=-=r0r3Eθ=-=QrE=-gradQ=-r3+r5第五節(jié)連續(xù)分布的電荷產(chǎn)生的電場上面討論的是局限于點(diǎn)電荷的情況，引入的電場強(qiáng)度和電勢的計(jì)算也限于點(diǎn)電荷的情夠小時(shí)，比值所趨向的極限就是P點(diǎn)的電荷密度P，寫為P=lim當(dāng)電荷作連續(xù)分布時(shí)，可以將物體分割為無限小的體元dt，在體元內(nèi)包含有的電荷為dq=Pdt，每一體元可以看作為一點(diǎn)電荷，則整個(gè)電荷分布產(chǎn)生的電場強(qiáng)度及電勢用積4πε0r3Q=dtpp積分要對整個(gè)電荷所在的區(qū)域進(jìn)行，r是體元dt到要求的Q或E點(diǎn)距離，因?yàn)镋pplimdt=r2sinθdθdadt及l(fā)im 1lim4πε0r荷密度為單位面積上所有的電量σ=（1.33）所產(chǎn)生的電勢為Q=（1.34）λ=（1.35）Q=（1.36）第六節(jié)高斯定理和電通量與封閉面所包圍的電荷的關(guān)系。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep為dN=vdSvndNv=vcosθdS為Ne=EndS（1.40）dNE=EndS=cosθdS式中θ為矢徑與dS面外法線的夾角。r2rdNE=qdΩ對于任意閉合面的電通量為NE=E=qSNE=EndS=q/ε0（1.45）S（2）如果電荷在閉合面之外，則有NE=EndS=0（1.46）對于上面兩種情形寫為NE=EndS=q/ε0（1.47）如果在空間有一組電荷q1、q2Λqk，根據(jù)電場迭加原為NE=E1ndS+E2ndS+E3ndS+Λ+EkndS1d2dkSSNE=EndS=q/ε0q是包圍于閉合面內(nèi)電荷的代數(shù)和。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep++++E++NE=EndS=rdt/ε0（1.50）式中是對于S面所包圍的體積進(jìn)行積分，利NE=EndS=EPdt=rdt/ε0上式對于任意體積都成立，所以體積分的被積函數(shù)處處相等，則有（1.52）式表述的就是高斯定理。在直角坐標(biāo)中高斯定理表示為div=++=r/ε02j=-r/ε0在直角坐標(biāo)中表示為2j=++=-r/ε0對于沒有電荷的區(qū)域，有2j=++=0導(dǎo)體：是指在無限短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到電荷平衡狀態(tài)；導(dǎo)體有三個(gè)重要非導(dǎo)體：是無限長的時(shí)間電荷達(dá)到平衡狀態(tài)。非導(dǎo)體也叫絕緣體。導(dǎo)體表面處的電場情況，由于導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零，電勢為一常數(shù)，所以導(dǎo)體表面是一個(gè)等勢面，電力線垂直于導(dǎo)體表0RPrXRPxa分成許無限小的圓環(huán)，設(shè)想半徑為R，寬為p若dE與x軸的夾角為a。首先計(jì)算圓環(huán)上電p荷產(chǎn)生的場強(qiáng)，由于各面元產(chǎn)生的場強(qiáng)方向p各不相同，積分計(jì)算時(shí)先將dE分解為x方向和垂直于x方向，由于圓環(huán)對稱性的原因，垂直于x方向的相互抵消，故只有pcosa=E==σ/2ε0E=σ/2ε0(1.59)負(fù)板也產(chǎn)生σ/2，兩者方向相同，所以兩板中間的電場強(qiáng)度為E=σ/ε0在兩板外面空間產(chǎn)生的電場方向相反，所以E=0設(shè)球的半徑為a，球外任意一點(diǎn)到球心的距離為r，球體本身是一個(gè)等勢面，單個(gè)點(diǎn)電顯然(1.60)式滿足拉普拉斯方程▽2Q，同時(shí)也滿足邊界條件。如果導(dǎo)體的電勢已知，就能0EndS=-ε0adS=ε0q由于球面的對稱性，直接求解拉普拉斯方程，在這種情況下方程簡化為r2=0j=-+C2利用邊界條件定出：r=m，j=0，求出C2=0；r=a，j=j,，則C1=-aj,。結(jié)果設(shè)有一旋轉(zhuǎn)橢球?qū)w，其半長軸為a，半短軸為b，偏心率c=則橢球體方程為222 222 r=z=+y2式中ζ是線元到中點(diǎn)的距離，而r是空間任意一點(diǎn)到線元dζj=qlnz+c+x2+y2+(z+c)2（1.63）2cz-c+x2+y2+(z-c)2在橢球面上的x,y,z滿足方程222 222 x2+y2+(z代入電勢表達(dá)式▽jσ=▽j▽j=將（1.63）式代入（1.65）式，利用橢球體上各點(diǎn)關(guān)系x2+y2=(a2-c2)(1-)可以求出電荷密度為+y2+(z2=a2+z22PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finepσ= 2在實(shí)際大氣中,積雨云帶電通?？梢钥闯蔀辄c(diǎn)電荷,而地表面可以看成是一無限大的導(dǎo)體平面,這時(shí)大氣中任一點(diǎn)的電場可以由下面的方法求解。rrDxa條件1）導(dǎo)體平面上電勢為02）接j=0的等勢面。假如在x=-D處有一虛j=-（1.67）其中r=對于空間任一點(diǎn)的電場強(qiáng)度E=-=- 4πε0[(x-D)4πε0[(x-D)2+y2+z2]32-1/）導(dǎo)體表面（x=0）的電荷密度(利用關(guān)系式E=σ/ε0)由下式x=04πε0x=04πε0=-=σ/ε0（1.69）σ=-（1.70）在一個(gè)球形導(dǎo)體附近放置一個(gè)點(diǎn)電荷，它可以分為兩種情況討論：j=PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep別表示原點(diǎn)到兩點(diǎn)之間的距離，則r2=R2+s22Rscosθ,r2=R2+s22Rscosθq2r2sR2/s+s2Rcosθ 2r2s/R2/s及半徑滿足（1.71）式。ssq=q=ss可以完全滿足本問題的邊界條件。所以在球外一點(diǎn)的電勢可以表示為在球體上電勢等于C==（1.73）電容器的單位為法拉，即1微法拉(μf）=10-6法拉（f）1微微法拉(μμf）=10-12法拉（f）E=2aEσ==2PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep由兩個(gè)同心的球殼所構(gòu)成，令a為內(nèi)殼半徑，b為外殼半徑，內(nèi)殼帶有電荷q，則可以E=j1-j2=dr=- j j1-j2C===C= -算出地于球形電容器的電容。對于旋轉(zhuǎn)橢球體C=q=j0 又因c=，所以有C= blna+a2-b2b如果b喻0，旋轉(zhuǎn)橢球體退化為一段長為l=2a的直線，其電C=數(shù)個(gè)電容并聯(lián)時(shí)，其有效電容為個(gè)別電容的總和：C=C1+C2+…………+Cn數(shù)個(gè)電容串聯(lián)時(shí)，其有效電容的倒數(shù)為個(gè)別電容的倒數(shù)之總和 =lna+ca-cPDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finepnθnθr氣分子、氣溶膠粒子和云中的粒子中的電子不能自由運(yùn)動，都屬于電介質(zhì)。出正、負(fù)極性，這就是電介質(zhì)的極化。就是電介質(zhì)內(nèi)各體積元內(nèi)分子偶極矩的總和不等于零。由此形成的電荷稱極化電荷。點(diǎn)附近單位體積內(nèi)分子電偶極矩的總和。設(shè)想介質(zhì)內(nèi)一個(gè)體積元dt，在dr和與體積dt之比等于該點(diǎn)的P數(shù)學(xué)表示為rdt=?idt式中pi是第i個(gè)分子的電偶極矩。?是對體元內(nèi)所有分子。dtrr介質(zhì)內(nèi)單位體積內(nèi)的分子數(shù)為N，每個(gè)分子用電偶極矩表示，稱之等效電偶極矩（所有分子都是相同的電偶極矩則Pdt=Npdt=Neldt式中e是分子偶極子的電荷，l是等效電偶極子正負(fù)電荷間的距離。設(shè)想在介質(zhì)內(nèi)以閉合面S劃出某一體積t，這體因?yàn)榕紭O子可能與界面相交，而使界面內(nèi)的正負(fù)電荷相交的截的偶極子的起點(diǎn)都有在厚度為lcosθ的介質(zhì)的偶極子數(shù)目為NlcosθdS，所以體積t內(nèi)由于偶極子與面元dS相交而未被抵消的電荷絕對dqcosθdS=PcosθdS=PPn是正電荷。因此在t內(nèi)末被抵消的電荷的數(shù)量為SS式中òS表示沿閉合面S進(jìn)行積分。利用矢量分析的奧高定理可以有rPrrhhn在的突變面上(圖1.9)，應(yīng)沿突交面分布極化電荷，σ￠=PnQ(x,y,z,t)=òòQ(x+P,y+1,z+ξ,t+θ)dtdθ(1.78)式中P2+12+θ2￡c對于微觀場，電場方程為PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finepm=4πPm介質(zhì)的宏觀電場方程為,+PPPPP相同，P與E呈現(xiàn)復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系。對于各向同性物PPPP式中x是介質(zhì)的極化系數(shù)，它取決于物質(zhì)的特性。將=+，則有其中稱ε是物質(zhì)的介電常數(shù)，它也決定于物質(zhì)的性質(zhì)，x和ε也取決于物真空中的十分接近。應(yīng)滿足以下兩個(gè)邊界條件：D1n=D2n2、在分界面兩側(cè)的場強(qiáng)的切向分量具有相同的數(shù)值。E1sinθ1=E2sinθ2PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep或E1t=E2t而q1從電勢為j1處移到j(luò)1+dj1處，這時(shí)dA=q1dj1，j1=這里引入一對電荷的相互作用能WdA=dWdW=dA=q1dj1=q1dq1q2q1q2其中積分常數(shù)這樣確定，當(dāng)二電荷相距無窮遠(yuǎn)時(shí)，它們間相互定，q2移動有同樣的結(jié)果。上面式也可以寫為W=q2=q1j1通常寫成對稱形式W=(q1j1+q2j2)對于幾個(gè)點(diǎn)電荷系統(tǒng)有W=qkjkW=rjdt其中由矢量分析得rj=jdiv={div(j)一.gradj}rjdt=.dt+(j)dt=jDndS r r2trjd2t=PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep積分是對于整個(gè)電場，電場能的體密度為場時(shí)作用力與似彈性力相平衡，偶極子就有一定電距，它與作用于=a/在極化過程式中，電場所作的功dl==pE/所以貯存在介質(zhì)單位體積中的似彈性能量因此電介質(zhì)中宏觀能量密度應(yīng)等于電場能量加上極化似彈性能量生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的破壞性。電流是閃電的一個(gè)重要參量。2、電流強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)通過某一面的電量3、電流密度：通過在導(dǎo)體內(nèi)垂直于電流方向單位面積的電流強(qiáng)度，即為I=icosθdS所以電流強(qiáng)度就是電流密度的通量。電荷的定向移動有以下三種情況：（1）正電荷移動，電流方向就是電荷移動方向2）負(fù)電荷移動，電流方向與電荷移動方向相反3）正負(fù)電荷移動同時(shí)發(fā)生。電流密度的單位:1A[安培]/m2[米2]。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep=rdtdivi=0其積分形式表示為Ik=0夫第一定理。對于不分枝導(dǎo)線，則通過任一截面的電流一定相等。電壓與電流之比等于該導(dǎo)線的電阻，即R=V VIR=r S式中r是電阻系數(shù)，它的倒數(shù)σ=1/r稱之電導(dǎo)系數(shù)。則上式又可以寫為lR=σS如果有一電流管和相隔很小ds的兩等勢面j與j+dj相截出一個(gè)截面積為dS的小柱體。此柱體的電阻等于R=σdS對此柱體應(yīng)用歐姆定理j-（j+dj）=IR即dj=R.idS=idsPDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finepdj/ds=iE=E=i=σE這就是歐姆定理的微分形式。表示了電場中任一點(diǎn)的場強(qiáng)與電流密度的關(guān)系。則單位電荷受外加力的作用定義該點(diǎn)的外加力電場強(qiáng)度為q則電荷受靜止力和外加力作用時(shí)的歐姆定律可寫為*)一般情況下，電源的電動勢定義為E=Ep*其數(shù)值等于平衡狀態(tài)（電流為0）時(shí)兩端的電勢差為*.dsp=E=jB一jA在平衡狀態(tài)下，電場的作用和溶解的傾向相抵消，這時(shí)溶液與金屬間的電勢差等于電動勢VBAiRi在具體計(jì)算時(shí)，有兩種方法：方程式（n為分岔點(diǎn)的總數(shù)對于各個(gè)迥路，應(yīng)用第二定理列出所不足的方程式，共（2）迥路電流法：假定每一迥路上有一未知的電流值，作出各個(gè)迥路，使每一迥路有電流通過，然后對各個(gè)迥路應(yīng)用克?；舴虻诙?，得到需要的方程式。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finepθ1第十節(jié)氣體導(dǎo)電理論θ1N+=N一=N假定有一定的x射線，紫外線、宇宙射線作用，單位體積中離子產(chǎn)于離子和電子的復(fù)合過程，使離子對數(shù)減少，其復(fù)PN2式中S為電極面積，t為兩電極間的體積，a是兩電極間距，在穩(wěn)定狀態(tài)下，2=0即PN2dt通過的電流密度為這里v+,v分別表示正離子及電子的遷移速度。ii第十一節(jié)穩(wěn)定電流引起的磁場1）對于兩根平行的導(dǎo)線，如果有同向的電流通過時(shí)，產(chǎn)生相互2）如果有相平行的導(dǎo)線相靠很近，并有等量反向電流通過，則對于遠(yuǎn)處另一通電導(dǎo)線幾乎不產(chǎn)生作用。這說明在同一地點(diǎn)的等量反向電流產(chǎn)生的作用相互抵消。如果導(dǎo)線作小的彎曲，它的效果與拉直時(shí)的一樣。ndl2nθθ2dF12dl1=K0I1dl1.I2dl21sinθ22r=K0(1.139)指向dlp2的矢徑矢量，則對于迥路電流I1及I2間的總作F=K0=K0I1I22pr r3r=grad,r12=,而梯度沿閉合路線積分恒等I1dF12dlI1dF12I2r12I2式中取K0=1/C2,C=2.99790×1010厘米/秒。=K0I1I2=K0I1I2在上面兩導(dǎo)線的相互作用可以認(rèn)為是電流激發(fā)了磁場,而磁場又對第二根導(dǎo)線產(chǎn)生作用力，所以定義電流元I1dl1在I2dl21)而磁場對第二電流元I2dl2的作用力為pdlθr=B在另一方面，磁場中電流元Idl所受的作用力為（1.148）式中的B也可用單位電流元所受的最大作用力表示，寫為B= Idl Idlmax導(dǎo)體，若流管的截面積為dS，則I=idS，Idl=idS.dL=idtp式中i為電流密度，dt為體積元。這時(shí)（1.147）式可以改寫為psCdl3rpxrpdl3r2=dL在位移過程中所移過的面積對P點(diǎn)張的立體角，相當(dāng)于迥路各線元dl到P過位移dsp所掃