一组点电荷的电位能课件

9 9 電磁電磁 II IIWhat is the danger if your hair suddenly stands up?9 電磁 IIWhat is the danger if y1本單元內容本單元內容9-19-1電位與電容器電位與電容器9-29-2電流與電阻電流與電阻9-39-3電路電路本單元內容9-1電位與電容器29-1.1 9-1.1 電位能電位能Fe and Fg are mathematically identical Fe is a conservative force 9-1.1 電位能Fe and Fg are mathema3 9-1.2 9-1.2 電位電位Ue depends on q,but Ve does not 9-1.2 電位Ue depends on q,but 49-1.2 9-1.2 等位面等位面Four Equipotential Surfaces9-1.2 等位面Four Equipotential Su5E.S.for a uniform field,a point charge,and an electric dipole9-1.3 9-1.3 等位面等位面3 3例例E.S.for a uniform field,a po69-1.4 9-1.4 由電場算電位由電場算電位The differential work done by F9-1.4 由電場算電位The differential w7Ex.1 Ex.1 均勻電場均勻電場(a)Alongpath(a)Ex.1 均勻電場(a)Along path(a)8Ex.1 Ex.1 均勻電場均勻電場路徑路徑(a)(a)Ex.1 均勻電場路徑(a)9Ex.1 Ex.1 均勻電場均勻電場路徑路徑(b)(b)Ex.1 均勻電場路徑(b)109-1.5 9-1.5 點電荷的電位點電荷的電位9-1.5 點電荷的電位11點電荷的電位點電荷的電位點電荷的電位12點點電電荷荷的的電電位位圖圖點電荷的電位圖139-1.6 9-1.6 一組點電荷的電位一組點電荷的電位The principle of superposition9-1.6 一組點電荷的電位 The principle o14(a)onacircle(b)onanarcEx.2 12 electronsEx.2 12 electrons on a circleEx.2 12 electrons159-1.7 9-1.7 電雙極的電位電雙極的電位9-1.7 電雙極的電位16雙極矩雙極矩 p=qdp=qdlp p 由負電荷指向正電荷由負電荷指向正電荷雙極矩 p=qdp 由負電荷指向正電荷17Induced Dipole Momentl感應雙極矩感應雙極矩l極化極化 Induced Dipole Moment感應雙極矩18水分子與微波爐水分子與微波爐水分子與微波爐199-1.8 9-1.8 連續電荷分佈的電位連續電荷分佈的電位9-1.8 連續電荷分佈的電位20 Line of Charge Line of Charge 21計計算算計算22Charged DiskCharged Disk23計算計算 計算 249-1.9 9-1.9 由電位算電場由電位算電場Theworkdonebytheelectricfield9-1.9 由電位算電場 The work done by 25Ex.3Ex.3 The charged disk Ex.3 The charged disk 269-1.109-1.10一組點電荷的電位能一組點電荷的電位能Forchargesq1andq2Ex.4Ex.4Threecharges9-1.10一組點電荷的電位能 For charges q127Ex.5 An alpha particle and a gold nucleus Ex.5 An alpha particle and a 289-1.119-1.11 Potential of a charged isolated conductor 導體內部及表面為一等位面導體內部及表面為一等位面(equipotentailsurface)9-1.11 Potential of a charged 29DischargeDischarge30Plots of E(r)and V(r)Plots of E(r)and V(r)319-1.11 9-1.11 電容器電容器 電容電容（Capacitance）平行板電容器平行板電容器 C=(F 法拉法拉)K:介電常數，真空介電常數，真空=1 0:真空電容率真空電容率 A:板面積板面積 d:兩板距離兩板距離9-1.11 電容器 電容（Capacitance）32Ex.4Ex.4 1.0 F 電容器d=1.0mmEx.4 1.0 F 電容器d=1.0mm339-1.129-1.12 Capacitors in parallel Capacitors in parallel9-1.12 Capacitors in parallel34等效電容等效電容等效電容359-1.139-1.13 Capacitors in series Capacitors in series 9-1.13 Capacitors in series 36等效電容等效電容等效電容37Ex.5Ex.5 A RAM ChipwC=55fF（10-15）V=5.3voltEx.5 A RAM ChipC=55fF（10-15）38Ex.6 Ex.6 電容式鍵盤電容式鍵盤Ex.6 電容式鍵盤39Ex.6 Ex.6(cont)A=9.50 10-5m2;k=3.50 按鍵後按鍵後d由由5.00mm減為減為0.150mm 按鍵前按鍵前 C=0.589PF Ex.6(cont)A=9.50 10-5m2;40電電容容式式麥麥克克風風電容式麥克風41Ex.7Ex.7 defibrillator(除纖顫機除纖顫機)Ex.7 defibrillator(除纖顫機)42心跳停止病人之急救心跳停止病人之急救 1.1.盡快求助盡快求助2.2.盡快給予先進的救命治療盡快給予先進的救命治療3.3.盡快實行心肺復甦術盡快實行心肺復甦術(CPR)(CPR)4.4.盡快除纖顫盡快除纖顫心跳停止病人之急救 盡快求助43人體各部位的電位差人體各部位的電位差 人人體體的的肌肌肉肉及及神神經經細細胞胞利利用用鈉鈉、鉀鉀等等正正離離子子及及氯氯負負離離子子執執行行生生化化機機能能；因因此此造造成成之之電電場場延延伸伸至至人人體體表表面面，形形成成小量之電位差。小量之電位差。心電圖心電圖 -電極置於不同位置（電極置於不同位置（A-BA-B，B-B-C C等）即決定不同形狀的心電圖。等）即決定不同形狀的心電圖。腦波圖腦波圖 -電極置於頭部特定部位，紀電極置於頭部特定部位，紀錄電位差隨時間之變化。錄電位差隨時間之變化。人體各部位的電位差 人體的肌肉及神經細胞利用鈉、鉀等正離子及44心電圖和腦波圖心電圖和腦波圖心電圖和腦波圖45視網膜電圖視網膜電圖視網膜電圖46電流、電流密度與漂移速度電流、電流密度與漂移速度電阻與電阻率電阻與電阻率歐姆定律歐姆定律半導體與超導體半導體與超導體9-2 9-2 電流與電阻電流與電阻電流、電流密度與漂移速度9-2 電流與電阻479-2.1 9-2.1 電流電流電荷守恆電荷守恆克希荷夫電流克希荷夫電流(節點節點)定理定理9-2.1 電流電荷守恆489-2.29-2.2電流密度電流密度J:A/mJ:A/m2 29-2.2電流密度J:A/m249電流密度與漂移速度電流密度與漂移速度電流密度與漂移速度50銅的漂移速度銅的漂移速度d=2.5mm,i=17mAd=2.5mm,i=17mA=9=910103 3kg/mkg/m3 3,M=64,M=641010-3-3kg/mkg/m3 3銅的漂移速度d=2.5mm,i=17mA=9103kg519-2.3 9-2.3 電阻與電阻率電阻與電阻率ResistanceResistivityConductivity9-2.3 電阻與電阻率Resistance52電阻率電阻率電阻率53電阻的計算電阻的計算電阻的計算54溫度效應溫度效應溫度效應55電阻的微觀意義電阻的微觀意義電阻的微觀意義569-2.49-2.4 Ohms Law Ohms Law流過一電路元件之流過一電路元件之電流電流與該元件之與該元件之電位差電位差成正比成正比電阻率電阻率與電場的大小及方向無關與電場的大小及方向無關 9-2.4 Ohms Law流過一電路元件之電流與該元件之57I-V curvesconductorsemiconductorI-V curvesconductorsemiconduct58SemiconductorsSemiconductors半導體半導體Semiconductors半導體59SuperconductorsSuperconductors超導體超導體Superconductors超導體60MaglevMaglev、MRI and TevatronMRI and TevatronMaglev、MRI and Tevatron61Power line and motorPower line and motorPower line and motor62BCS Theory-The Cooper pairsBCS Theory-The Cooper pairsBCS Theory-The Cooper pairs639-3 9-3 電路電路直流電路直流電路串聯電阻串聯電阻並聯電阻並聯電阻交流電路交流電路虛擬電路實驗虛擬電路實驗9-3 電路直流電路649-3.19-3.1直流電路直流電路Direct Current CircuitDirect Current CircuitA bimetallic strip flasherA bimetallic strip flasher以電阻電熱絲加熱以電阻電熱絲加熱bimetallic stripbimetallic strip，約一秒啟閉一次，可用作警示裝置。約一秒啟閉一次，可用作警示裝置。9-3.1直流電路Direct Current Circui65Ex.8Ex.8 Bimetallic Strip FlasherEx.8 Bimetallic Strip Flasher66Automatic Coffee MakerAutomatic Coffee Maker67Ex.9 Ex.9 簡單直流電路內之電位（電簡單直流電路內之電位（電壓）升降壓）升降 克希荷夫 Kirchhoff 迴路定理 Ex.9 簡單直流電路內之電位（電壓）升降 克希荷夫 Kir68Ex.10Ex.10 The Ammeter and the VoltmeterEx.10 The Ammeter and the 69Ex.11Ex.11 RC電路電路電阻電容電路電阻電容電路Ex.11 RC電路電阻電容電路70Ex.11Ex.11(cont)(cont)Charging Charging a Capacitora CapacitorEx.11(cont)Charging a Capaci71Ex.11 Ex.11(cont)如果如果 R=10MR=10M C=1 C=1 F F經過經過46s46s後，後，e=0.01e=0.01，充電達，充電達9999可用作間歇式雨刷等電路控制。可用作間歇式雨刷等電路控制。Ex.11(cont)如果 R=10M C 729-3.29-3.2 Resistance in series Resistance in series9-3.2 Resistance in series739-3.39-3.3 Resistors Resistors in parallel in parallel 9-3.3 Resistors in parallel 74Multiloop CircuitsMultiloop CircuitslThe Junction rule:The Junction rule:流入流入接點之電流必等接點之電流必等於於流出流出者者 (Kirchhoffs junction/current rule)(Kirchhoffs junction/current rule)Multiloop CircuitsThe Junction75解解System of equations System of equations(聯立方程組聯立方程組)解System of equations(聯立方程組)76Ex.12Ex.12 What are What are the currents?the currents?Ex.12 What are the currents?77解聯立方程組解聯立方程組解聯立方程組78Forward Elimination and Back substitutionpivot equationupper triangle高斯消去法高斯消去法Forward Elimination and Back s79 Ex.13Ex.13 The electric eelThe electric eel Ex.13 The electric eel80The Equivalent circuitThe Equivalent circuitThe Equivalent circuit81The currentThe currentThe current829-3.49-3.4交流電路交流電路 Alternating Current CircuitAlternating Current CircuitV(t)=VV(t)=V0 0Sin2Sin2 f t f t f f 頻率頻率 =60H=60H（赫）（赫）V V0 0 尖峰值，尖峰值，一般家庭約一般家庭約170V 170V 9-3.4交流電路 Alternating Current 83功率功率P P（t t）=I=I0 0V V0 0SinSin2 2 2 2 f tf t，取時間平均，取時間平均值值 對交流電而言，歐姆定律變成對交流電而言，歐姆定律變成 功率P（t）=I0V0Sin2 2 f t，取時間平均值84Ex.14Ex.14 72W 72W 音箱音箱 Ex.14 72W 音箱 85Ex.15Ex.15 A practical example Quebec MontrealEx.15 A practical example Que863-way Light Bulb3-way Light Bulb87Electrical GroundingElectrical Grounding889-3.59-3.5虛擬電路實驗虛擬電路實驗http:/www.puhsein.org.tw/文件下載 黃信健教授的科學教學軟體 1,2,3,4,5,6,7 9-3.5虛擬電路實驗http:/www.puhsein.89敬請期待敬請期待磁學磁學(Magnetism)(Magnetism)敬請期待磁學(Magnetism)90