叠加原理和连续电荷分布

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介绍

在电和磁的领域，电荷体现了物质粒子的基本属性。正电荷和负电荷在电路中同时存在，因此表现出不同的特性。

例如，当一种电荷的积累超过另一种时，就会导致排斥的特性；或者当两种电荷都大量存在时，它们就会相互吸引。电子被称为负电荷，质子被称为正电荷。

电荷及其性质

电荷可以指任何物质的物理属性，当这些物质置于磁场中时，就会产生力的作用或压力。电磁现象展示了电场和磁场之间的相互作用（Anastopoulos & Hu, 2020）。

然而，电荷可以通过自然单位进行测量，这些单位可以等同于质子或电子的电荷，并且被认为是基本的物理常数。

导体和绝缘体

导体被定义为支持电流通过的物质；另一方面，绝缘体是不允许电流通过的物质。在导电材料中，电子可以自由地从一端流到另一端，并且可以在整个物体上观察到电荷的分布，例如水、人体和金属（Doskoch & Man’ko, 2019）。

另一方面，电子的运动很少或可以忽略不计，并且似乎保持在固定位置，例如玻璃、塑料和木材。

库仑定律

库仑定律定义了在任何两个指定的点电荷之间观察到的力的概念。然而，它指出这两个指定电荷之间施加的力与它们之间距离的平方成反比（Old.amu.ac, 2022）。

据说该力与这些电荷相关的量值成正比，并且该力作用在连接这两点的直线上。

叠加原理的定义

叠加原理被定义为在线性电路的一部分中观察到的净电流。据说这个净电流等于每个电源单独产生的电流的代数和。

它可以表示为：

$\mathrm{F_{net}=F_{12}+F_{13}=(1/4*\pi\varepsilon_{0})/[(q_{1}*q_{2})/r_{{12}^{2}}*r_{12}+(q_{1}*q_{2})/r_{{13}^{2}}*r_{13}]}$分别

什么是连续电荷分布？

连续电荷分布一词被定义为束缚在封闭邻域内并且电荷之间存在相对可忽略的空间的电荷。电荷密度的概念适用于显示电荷如何在特定点积累。然而，对于连续电荷分布，观察到三种类型。

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线性电荷分布

在线性电荷分布中，电荷似乎均匀地分布在物体的整个长度上。例如，它可以是一根直导线，分布的电荷用符号 $\mathrm{\lambda}$ 表示，并以库仑每米为单位测量。

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表面电荷分布

表面电荷分布是指当电荷均匀分布在特定区域上时，例如圆盘。这由符号 σ 表示，并以库仑每平方米为单位测量。

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体电荷分布

当电荷均匀分布在特定体积上时，称为体电荷分布，例如球体或圆柱体结构中观察到的电荷分布。然而，这可以通过库仑每立方米进行测量，分别用 $\mathrm{\rho}$ 表示。

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结论

在本教程中，重点放在确定什么是电荷以及它们如何与静电场中观察到的叠加现象相关联。此外，需要注意的是，电荷的分布取决于连续电荷分布类型的性质。

常见问题

Q.1. 库仑定律有哪些局限性？

Ans. 库仑定律有很多优点，如下所示：首先，库仑定律不适用于扩展质量，只有本质上静止的电荷才适用库仑定律。此外，如果核分布之间的距离增加或减少到 10 到 15 米的规定限制，则无法保证这些距离。还指出，该定律不适用于计算微小电荷。

Q.2. 点电荷分布是什么意思？

Ans. 点电荷分布一词表示当电荷分布到一个特定点时。然而，应根据面积、行进距离和体积的概念来考虑质量的分布。这种类型的电荷分布很少使用，而线性电荷、表面电荷和体电荷的分布取决于物体的形状及其尺寸。

Q.3. 与叠加定理的应用相关的缺点和优点是什么？

Ans. 叠加定理的优点包括它适用于节点及其各自的电源，广泛用于电路分析，并要求将任何类型的电路转换为诺顿或戴维宁等效电路。另一方面，该理论并不意味着功率的概念。