a导体的静电感应b绝缘体的静电感应.ppt

(a)導體的靜電感應，(b)絕緣體的靜電感應 感應起電的步驟 金箔驗電器(1) 金箔驗電器(２) 待測物與驗電器帶同性電－金箔片張角變大 當待測物與驗電器帶有同性電而兩者接近時，小金屬盤上的同性電荷被排斥到下方，使兩金箔片的帶電量增加，因此張角增大。 金箔驗電器(３) 待測物與驗電器帶異性電－金箔片張角先變小再變大 待測物與驗電器帶異性電時，則隨著兩者之間的距離減小，金箔片上的電荷被吸引上移至小金屬盤，因此金箔片之間的張角會先減小。若待測物的電量夠大，當兩者之間相當接近時，則金箔片上所帶的電量可能全部被吸引至上方，這時金箔片便閉合。若待測物繼續靠近驗電器，則金箔片反而會產生與待測物同性的電，而再排斥分開。 電場 電場 電力線 電力線 靜電平衡 導體球上電荷分布及其所生之電場 導體球殼上電荷分布與其所生之電場 電荷均勻分布的無限大的導體平板 電位 電場中某點的電位，在數值上等於一單位正電荷在該點所具有的電位能，或者說將一單位正電荷自無窮遠處緩慢地移至電場中某點，所需用於反抗靜電力的外力所作的功，即為該點的電位。 電位的單位為J／C，稱為伏特（volt），簡記為V。若一庫侖電荷在電場中某點所具有之電位能為一焦耳，則該點的電位為一伏特。 點電荷所造成的電位 當 r ＝ ∞時，V ＝ 0，即與電荷Q相距無窮遠處的電位定為零。 若Q為正電荷，則電位為正值，愈接近正電荷的電位愈大或愈高；若Q為負電荷，則電位為負值，愈接近負電荷的電位愈小或愈低 如果電場是由許多點電荷所共同建立，則空間中某一位置的電位等於各點電荷所生電位的代數和。 帶電導體球的電位 在靜電平衡時，導體內的電場恆為零，因此導體內各點的電位都相等，即導體是等位體。對於半徑為R、帶電量為Q的導體球或球殼而言，球內各點的電位均等於球面上的電位，即V ＝ k ，但球外的電位則如前所述，等於將全部電荷集中於球心時所生的電位，即V（r）＝ k ，式中r ＞ R 等位線 電荷沿著電力線方向移動，其電位會降低；而垂直電力線方向移動，其電位不改變。這些鄰近相等電位點的連線或面，稱為等位線或等位面。 等位線（面）與電力線處處互相垂直，。電場為零的區域電位差為零，電位到處都相等，稱為等位體。 電荷的移動 電荷在電場中的運動而言，電位的高低就好比水位的高低一樣，水從高處往低處流動，正電荷在電場中受到沿著電場方向的靜電力，因此會自然地從高電位處向低電位處運動 。 負電荷則相反，會自然地從低電位處向高電位處運動。 兩者共同的特徵是，都自然地朝向降低電位能的方向運動。 * 1.物體是否帶電－當帶電體接近驗電器時，驗電器上的導體部份發生靜電感應，小金屬盤與金箔片各帶不同的電，此時兩金箔片因帶同性電而排斥分開，如下圖所示。因此由金箔片分開與否可得知待測物是否帶電。 圖6 - 8　點電荷所產生的電場。(a)正電荷Q所產生的電場，方向由電荷本身往外輻射。(b)負電荷－Q所產生電場的方向，方向往內指向電荷本身。 圖6 - 9　在空間中任意點的電場為各點電荷所生電場的向量和。 圖6 - 12　單一點電荷的電力線分布。(a)正電荷；(b)負電荷。 一、電力線由正電荷出發，終止於負電荷。 二、電力線上各點的切線方向，便是該點電場的方向，因此電力線不會 相交。 三、愈接近電荷，電場強度愈大之處，其電力線愈密集。因此，法拉第構想以電力線的密集程度代表電場大小，也因此電荷所發出或終止的電力線數須正比於其電量。 四、法拉第也構想電力線有彈性會互相排擠，用以解釋同性電會互相排斥；而電力線是張緊的，用以解釋異性電會互相吸引。 導體帶電後，其內自由電荷將因靜電力作用而重新分佈，最後淨電荷互相推斥分佈在導體表面上，稱為靜電平衡。 如圖6-15所示。此時，導體內部電場必定為零，否則導體內自由電荷仍會繼續受力而移動。 導體表面上的電場必垂直於導體表面，不然自由電荷仍會沿著表面運動。 圖6 - 15　靜電平衡時，導體表面上的電荷分佈及其所生之電場。 考慮一帶電量為Q、半徑為R的實心導體球。由對稱性知，當達到靜電平衡時，電荷Q將均勻分布在導體表面上，而導體內電場為零。球面電荷所發出之電力線，將對稱地垂直於球體表面射出，如圖6-17(a)所示。因此在球外各點之電力線密度，將與電荷Q集中在球心時之情形一樣，即在球外與球心相距r處之電場大小 。 電荷仍將平均分布在相同半徑的球面上，如圖6-17(b)所示。由於電場乃由電荷分布所決定，因此帶電導體球殼所生之電場，完全與實心導體球相同，即球內電場為零，而球外電場則與電荷集中在球心時之情況一樣。 (a)均勻帶正電的大平板所生之電場 (b)均勻帶負電的大平板所生之電場 帶有等量但電性相反的無限大電板所生之電場。(a)紅色和藍色箭矢分別代表正電板和