带电电容器和不带电电容器有何不同？不在总电量，都是零，但是电荷排布方式不同。电容器里存储的能量正是来自电荷排布。电容器里存储的能量到底是什么能量？我们对于第23.1节中的图23.1中的三角形电荷分布也可以问同样的问题。单个电荷并没有变化，变化的是电荷的排布方式。排布带来能量，能量来自哪里？

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23.3 使用电容器

图23.5 典型电容器。最大者为电解质电容器，电容大小为 $18\mathrm {mF}$。右上为空气绝缘可变电容器，转动导体板，改变电容大小。下边4个较小的电容器的电容从 $43 \mathrm{pF}$ 到 $10 \mathrm{\mu F}$ 不等。

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22.4 带电导体

处于静电平衡的带电导体内部没有电场，导体表面的电场与导体表面垂直。因此，在导体内部或表面上移动试探电荷，不需要做功。这意味着，处于静电平衡的带电导体是等势体。

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22.3 电势差和电场

图22.15 一座平顶山(a)及其等高线图(b)表示一个带电球壳的等势面（短划线） represent equipotentials (dashed curves) for a charged spherical shell, in a plane
through the shell’s center.

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22.2 计算电势差

本节我们应用(22.1a)计算各种电荷分布的电势差。最重要的是点电荷的电势差，这是计算更复杂的电荷分布的电势差的基础。

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类似万有引力，静电力也是保守力，即克服电场力对电荷做功，会使势能增大。为便于处理问题，引入单位电量的势能，即电势。本章我们将看到，电势给我们提供了一个计算电场的更简单的方法，还可以表征电池等日常电气元件。

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21.5 任意电荷分布的电场

尽管高斯定理是普遍成立的，但是只能用于具有特殊对称性的体系求电场。然而，一般的电荷分布是达不到那样的对称性要求的。替代方法，库仑定律也只能用于比较简单的情况。但是，我们从本章和前一章已经算过的电场分布中还是可以洞察到很多东西的。图21.19总结了4种电场。对于后三种，电场，注意维度与电场的简单关系。平面是二维的，带电平面的电场不随场点到带电平面的距离而变。直线是一维的，无限长带电直线的电场随场点到带电线的距离$r$按$1/r$的关系减小。点是0维的，点电荷的电场按$1/r$的关系减小。某种程度上说，电偶极子是这种趋势的延续。电偶极子由两个等量异号电荷组成，其效应几乎互相抵消，不奇怪电偶极子的电场随距离减弱得更快，按$1/r^3$的方式减小。更高一层级的电荷分布，两个电偶极子组成的电四极子，电场随距离减弱得更快，因为两个电偶极子几乎互相抵消。如此等等。科学家和工程师应用这种分层级的电荷分布模拟从分子到无线电天线的电结构。

图21.19 电偶极子、点电荷、带电线、带电平面的电场

概念理解：带电圆盘
草画均匀带电圆盘的电场线，从带电圆盘开始，延续几个圆盘直径远。

定性理解：在圆盘附近靠近圆盘中心处，圆盘看起来是很大的带电平面，电场类似无限大带电平面的电场，所以我们画几条与圆盘垂直的直的电场线从圆盘发出。距圆盘比较远处，电场类似点电荷电场，所以我们要把电场线画得沿径向延续。距圆盘不远不近处，我们不知道电场的精确形式，尽力凭感觉画。结果如图21.20所示。

图21.20 带电圆盘的电场