大学物理(下)10静电平衡z.ppt

* 静电场中的导体 导体的静电平衡 导体内有大量的自由电荷，在外电场的作用下，这些电荷会在导体内流动。并在导体外表面堆积形成感应电荷。导体内电场为 1.静电平衡 随着电荷在导体表面积累，导体内部的场强降为0。当这时导体内部无宏观电荷的定向移动时，导体处在静电平衡状态。 外场 感应场 导体内部的场 2.静电平衡条件 静电平衡条件：导体内部的场强为0。 这时 静电平衡时导体有如下特性： 外场 感应场 导体内部的场 三、导体上的电势分布 结论：静电平衡时导体是一等势体，导体表面为等势面。 证明：在导体内任取两点， 电势差为： 静电平衡时 E = 0 导体为等势体，导体表面为等势面。 四、导体表面电场 方向：静电平衡时，导体近表面处的场强方向与导体表面垂直。 证明：由于静电平衡时导体表面为等势面，由等势面的性质，场强方向垂直于等势面，所以场强垂直于导体表面。 如果场强不垂直于表面，电场力继续移动电荷，不满足静电平衡条件。 五、导体上的电荷分布 结论1：静电平衡时导体内部无净电荷，所有净电荷都分布于导体的表面。 证明：在导体内作高斯面 静电平衡时E = 0， 高斯面内是否会有局域的等量异号净电荷？ 缩小高斯面。 与静电平衡条件矛盾。所以静电平衡时导体内无净电荷。 高斯面 结论2：静电平衡时，导体表面附近的场强大小为 证明：垂直导体表面作一很小的柱形高斯面，外底面上的场强近似不变。 σ是导体表面的面电荷密度 导体表面曲率对电荷分布的影响 结论3：导体表面电荷分布与曲率半径有关，曲率半径小处，电荷密度大。 以孤立导体为例：球 1 电势 导体表面尖锐处 R小，? 大，表面E也大； 导体表面平滑处 R大，? 小，表面E也小； 如尖端放电、避雷针。 对非孤立导体无此关系。 六、静电屏蔽 1.导体空腔 结论1：空腔内表面无电荷,全部电荷分布于外表面。 结论2：空腔内场强 E = 0 。 证明：在导体内作高斯面，因导体内 E=0, 故φ=0, q=0 。 E 证明：如果空腔内 E 不为 0 ，就会有电势差，电场力要移动电荷直到 E = 0 ，V=0为止。 空腔导体具有静电屏蔽作用。例如：高压带电作业人员穿的导电纤维编织的工作服。 2.静电屏蔽 空腔原带有电荷 Q ，将带电量为 q的电荷放入空腔内。 结论： 内表面带有 –q 的电荷。 外表面带有 Q+q 电荷。 证明：作高斯面包围导体面内表面 导体内 空腔内表面带有 －q 的电荷。 腔内表面有 –q 电荷, 由电荷守恒定律，在外表面上产生等量的正电荷，外表面上的电荷为： 证毕 腔内电荷变化会引起腔外电场的变化。 接地可屏蔽内部电场变化对外部的电场影响。 *