靜電場中的導體和電介質1導體素材課件.ppt

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1、11.1靜電場中的金屬導體11.3有電介質時的靜電場和高斯定理11.2靜電場中的電介質11.4電容電容器第11章靜電場中的導體和電介質重點：有導體、電介質存在時的場強和電勢計算電位移D的計算11.5電場的能量-F由帶正電的晶體點陣（框架）和大量自由電子組成。靜電感應現(xiàn)象：在外電場影響下，導體表面不同部分出現(xiàn)正負（感應）電荷的現(xiàn)象。靜電平衡狀態(tài)：導體內(nèi)部和表面沒有電荷的宏觀定向移動的狀態(tài)。11.1靜電場中的金屬導體11.1.1金屬導體的電結構任意微小體積元內(nèi)，自由電子的負電荷和晶體點陣上的正電荷的數(shù)目

2、相等，整個導體顯現(xiàn)電中性。11.1.2導體的靜電平衡條件-+-+-+E=0-+-+-+-+-+-+-+-+靜電平衡狀態(tài)導體(帶電或不帶電)自由電子作宏觀定向運動導體表面出現(xiàn)感應電荷自由電子宏觀定向運動停止外電場作用下附加電場電荷重新分布?靜電感應現(xiàn)象過程（1）靜電平衡時，導體內(nèi)任何一點場強都等于零。即：導體內(nèi)不存在電場線。（2）靜電平衡時，導體表面上任何一點場強方向都垂直于導體表面。即：電場線垂直于導體表面。?靜電平衡時導體中的電場特性表面是個等勢面靜電平衡時電勢性質：導體是個等勢體,證：在導體內(nèi)任

3、取兩點a、b也可以從電場強度與電勢梯度之間的關系分析。ab1、靜電平衡時，內(nèi)部各處無電荷，電荷Q只分布在導體表面。11.1.3靜電平衡時導體上的電荷分布證：在導體內(nèi)部取一很小的封閉面S為高斯面。高斯定理：所以導體內(nèi)部無電荷，即電荷只能分布在導體的表面上。Q++++++++++++++++S（設總帶電量為Q）2、空腔導體（設總帶電量為Q）靜電平衡時:①空腔內(nèi)無電荷時：空腔的內(nèi)表面無電荷，電荷只分布于外表面上；②空腔內(nèi)有電荷+q時：+q+++++++++++------q空腔的內(nèi)表面有電荷–q，外表面有

4、電荷Q+q+++++++++++++++++QQ+q由高斯定理，過P作很小的圓柱面S，底面為dS3、靜電平衡時，導體表面上各處的面電荷密度與其表面緊鄰處的場強大小成正比：證：P4、孤立導體處于靜電平衡時，其表面各處的面電荷密度σ與曲率有關。曲率大的地方，面電荷密度σ也大。孤立導體表面附近的場強分布也服從同樣的規(guī)律。尖端附近的場強最大，平坦的地方次之，凹進去的地方最弱。尖端放電：具有尖端的帶電導體，當尖端處的場強超過空氣的擊穿場強時，會發(fā)生空氣被電離的放電現(xiàn)象。++++++++++--++空氣的擊穿強

5、度為P49（絕緣強度）避雷針就是應用尖端放電性質制造的。另外，高壓輸電網(wǎng)的導線應采用表面光滑的粗導線?！半婏L”利用這一性質，可將一些精密儀器放置在空腔內(nèi)，以避免外界電場的影響。置于靜電場中的導體空腔，內(nèi)部沒有電場，所以導體殼對外界靜電場起了隔離作用，導體空腔內(nèi)的物體不受腔外電場的影響。E=0被保護儀器11.1.4靜電屏蔽結論：接地的空腔導體可以屏蔽腔內(nèi)、外電場的相互影響。若導體空腔內(nèi)有帶電體，則空腔內(nèi)存在的電場要影響到腔外的物體。為了消除這種影響，可將導體空腔接地，從而隔絕了腔內(nèi)帶電體（電場）對外界

6、的影響。電器設備高壓帶電作業(yè)屏蔽線?導體內(nèi)部的場強處處為零；導體表面的場強垂直于導體的表面：導體放入靜電場中，電場會影響導體上的電荷分布；同時導體上的電荷分布也會影響電場的分布。（2）靜電場基本規(guī)律：（3）導體的靜電平衡條件：（1）電荷守恒定律；計算有導體存在時的靜電場的基本依據(jù)有：電場高斯定理靜電場環(huán)路定理(電勢的概念)?導體內(nèi)部和導體表面電勢處處相等。11.1.5計算示例例1：兩個半徑分別為R和r的球形導體（R>r），用一根很長的細導線連接起來，使這個導體組帶電，求兩球表面電荷與半徑的關系？解：

7、兩球由導線連接，電勢相等。因為連接導線很長，利用孤立導體的電勢公式：可見，大球所帶電量Q比小球所帶電量q多。rRQq兩球電荷面密度與半徑成反比。(2)兩球的面電荷密度分別為：例2：在一個接地的金屬球附近有一個電量為q（q>0）的點電荷。已知球的半徑為R，點電荷與球心距離為r，求金屬球面上感應電荷的總電量q’。解：點電荷q在球心o處的電勢：感應電荷q’在球心o處的電勢：感應電量q’的值總是小于點電荷電量q。rqoR--------q’=?導體的電勢：rqo------++++++思考1：在距一個原來不

8、帶電的導體球的中心r處放置一電量為q的點電荷。此導體球的電勢多大？思考2：兩塊平行放置的導體大平板帶電后，其相對的兩表面上面電荷密度是否一定是大小相等，符號相反？為什么。答：是。由高斯定理?2?3?4?1q1q2BA例3：兩塊大導體平板，面積為S，分別帶電q1和q2，兩極板間距遠小于平板的線度。（1）求平板各表面的電荷密度;（2）求各處的電場分布。解:q1q2BA（1）由電荷守恒：靜電平衡條件，導體板內(nèi)E=0?2?3?4?1P由高斯定理（2）電場分布：?2?3?4?1