靜電場中的導(dǎo)體、電容、能量課件.ppt

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1、第十章靜電場中的導(dǎo)體一、金屬導(dǎo)電模型導(dǎo)體conductor導(dǎo)體中存在大量的可自由移動(dòng)的電荷絕緣體dielectric也稱電介質(zhì)理論上認(rèn)為電介質(zhì)中一個(gè)自由移動(dòng)的電荷也沒有半導(dǎo)體semiconductor帶電性質(zhì)介于上述兩者之間本節(jié)只涉及金屬導(dǎo)體對(duì)場的影響10.1靜電場中的導(dǎo)體當(dāng)導(dǎo)體處于外電場E0中時(shí)，電子受力后作定向運(yùn)動(dòng)，引起導(dǎo)體中電荷的重新分布。結(jié)果在導(dǎo)體一側(cè)因電子的堆積而出現(xiàn)負(fù)電荷，在另一側(cè)因相對(duì)缺少負(fù)電荷而出現(xiàn)正電荷。這就是靜電感應(yīng)現(xiàn)象，出現(xiàn)的電荷叫感生電荷。當(dāng)導(dǎo)體不帶電，又沒有外電場時(shí)，導(dǎo)體中的正負(fù)電荷等量均勻分布，宏觀上呈電中性。二、靜電感

2、應(yīng)無外電場時(shí)不帶電導(dǎo)體中電子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)、呈均勻分布導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E外E外+導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E外++導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E外+++++導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E外+++導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E外+++++導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E外+++++導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E外+++++++導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E外++++++導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E外++++++++導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后+E外+++++++++導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后+E外+++++++++導(dǎo)

3、體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后++++++++++導(dǎo)體達(dá)到靜平衡E外E感感應(yīng)電荷感應(yīng)電荷這樣的過程可以一直進(jìn)行下去，直到感生電荷產(chǎn)生的電場E′與外電場E0在導(dǎo)體內(nèi)部完全相互抵消，使導(dǎo)體內(nèi)部合電場E為零，電子不再發(fā)生宏觀定向運(yùn)動(dòng)，我們就說導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡。三、導(dǎo)體的靜電平衡靜電平衡(electrostaticequilibrium)導(dǎo)體內(nèi)部和表面無自由電荷的定向移動(dòng)我們就說導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)靜電平衡條件場強(qiáng)描述：電勢(shì)描述：等勢(shì)體等勢(shì)面金屬球放入前電場為一均勻場金屬球放入后電場線發(fā)生彎曲電場為一非均勻場導(dǎo)體表面附近的場強(qiáng)方向處處與表面垂直++++++

4、+等勢(shì)體等勢(shì)面導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)體表面證明：四、導(dǎo)體上電荷的分布1.實(shí)心導(dǎo)體導(dǎo)體上的電荷分布決定于靜電平衡條件和靜電場的基本性質(zhì)。怎樣討論這類問題呢？這類問題屬于電場與電荷分布的關(guān)系，那么當(dāng)然應(yīng)用相應(yīng)的定理—高斯定理。設(shè)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡在導(dǎo)體內(nèi)任取一高斯面由靜電平衡得++++++++++++++++導(dǎo)體內(nèi)沒有凈電荷，未被抵消的凈電荷只能分布在導(dǎo)體表面上。由高斯面的任意性，只要在導(dǎo)體內(nèi)部，上述結(jié)果都滿足。結(jié)論：++++++++++++++++2.空腔導(dǎo)體<Ⅰ>若已知導(dǎo)體帶電Q，那么空腔導(dǎo)體的內(nèi)表面上是否有電荷分布呢？分析：高斯面一直緊縮到空腔表面，這結(jié)論都成立

5、。所以電荷只能分布在外表面。導(dǎo)體內(nèi)部所以能否出現(xiàn)內(nèi)表面電荷代數(shù)和為零的情況呢？這同樣滿足高斯定理！NO！如果這樣，就會(huì)有電場線從面上正電荷發(fā)出，伸向同一面上的負(fù)電荷！這意味著導(dǎo)體表面電勢(shì)不等！討論++++++++++++++++2.空腔導(dǎo)體<Ⅱ>若已知導(dǎo)體帶電Q，腔內(nèi)有電荷q，那么電荷又如何分布呢？高斯面一直緊縮到空腔表面這結(jié)論都成立空腔表面有-q分布按靜電感應(yīng)，外表面分布電荷為Q+q腔體內(nèi)表面所帶的電量和腔內(nèi)電荷電量等量異號(hào)，腔體外表面所帶的電量由電荷守恒定律決定。導(dǎo)體內(nèi)部五、導(dǎo)體表面電荷分布與場強(qiáng)1.分布與幾何形狀的關(guān)系導(dǎo)體表面上的電荷分布情況

6、，不僅與導(dǎo)體表面形狀有關(guān)，還和它周圍存在的其他帶電體有關(guān)。靜電場中的孤立帶電體：導(dǎo)體上電荷面密度的大小與該處表面的曲率有關(guān)。曲率較大，表面尖而凸出部分，電荷面密度較大曲率較小，表面比較平坦部分，電荷面密度較小曲率為負(fù)，表面凹進(jìn)去的部分，電荷面密度最小導(dǎo)線即用導(dǎo)線連接兩導(dǎo)體球則討論在表面附近作柱形高斯面導(dǎo)體外部近表面處場強(qiáng)大小與該處導(dǎo)體表面電荷面密度?成正比2.分布與場強(qiáng)的關(guān)系尖端電荷密度大，因而場強(qiáng)特別強(qiáng)，足以使周圍空氣分子電離而使空氣被擊穿，導(dǎo)致“尖端放電”?！纬伞半婏L(fēng)”尖端放電(pointdischarge)孤立帶電導(dǎo)體球孤立導(dǎo)體尖端效應(yīng)六

7、、靜電屏蔽（electrostaticshielding）接地封閉導(dǎo)體殼（或金屬絲網(wǎng)）外部的場不受殼內(nèi)電荷的影響。封閉導(dǎo)體殼（不論接地與否）內(nèi)部的電場不受外電場的影響；靜電屏蔽裝置—接地導(dǎo)體殼靜電屏蔽：腔內(nèi)、腔外的場互不影響腔內(nèi)場只與內(nèi)部帶電量、內(nèi)部幾何條件及介質(zhì)有關(guān)腔外場只由外部帶電量和外部幾何條件及介質(zhì)決定電荷守恒定律靜電平衡條件電荷分布七、有導(dǎo)體存在時(shí)場強(qiáng)和電勢(shì)的計(jì)算導(dǎo)體板A，面積為S、帶電量Q，在其旁邊放入導(dǎo)體板B。忽略邊緣效應(yīng)，求A、B上的電荷分布。解：例題1：a點(diǎn)A板上任意a點(diǎn)場強(qiáng)為零，這是空間所有分布電荷電場在此點(diǎn)疊加的結(jié)果。b點(diǎn)B板

8、上任意b點(diǎn)同理A板B板再由電荷守恒定律前例中，若將B板接地，再求電荷及場強(qiáng)分布解：例題2：接地時(shí)a點(diǎn)b點(diǎn)板場強(qiáng)分布電荷分布