第六章 静电场中的导体和电介质.ppt

第一页，共二十八页，2022年，8月28日 6-1 静电场中的导体 一、静电平衡条件 金属导体有自由电子，作无规则的热运动。 导体中的自由电子在电场力的作用下作宏观定向运动，引起导体中电荷重新分布而呈现出带电的现象，叫作静电感应。 1、静电感应 1 + + + + + + + + + 感应电荷 + 第二页，共二十八页，2022年，8月28日 导体的两个侧面出现了等量异号的电荷。在导体的内部建立一个附加电场。导体内部的场强E 就是E1和E0 的叠加。 开始， E1 E0 ，导体内部场强不为零，自由电子继续运动，E’ 增大。到E1= E0 即导体内部的场强为零，此时导体内没有电荷作定向运动，导体处于静电平衡状态。 2、静电平衡状态 2 + + + + + + + + 第三页，共二十八页，2022年，8月28日 用电场表示 导体内部任一点的电场强度为零； 导体表面处的电场强度，与导体的表面垂直。 3、静电平衡条件 3 E内= 0 E表 ? 表面 用电势表示： 导体是个等势体； 导体表面是等势面。 对于导体内部的任何两点A和B 对于导体表面上的两点A和B A B 3、静电平衡条件 3 等势面 第四页，共二十八页，2022年，8月28日 + + + + + + + + + + 结论：导体内部无净电荷， 　　　电荷只分布在导体表面. 高斯面 实心带电导体 二、静电平衡时导体上电荷的分布 1、实心导体 1 第五页，共二十八页，2022年，8月28日 空腔内无电荷时 电荷分布在表面 内表面？ 外表面？ 空腔带电导体 高斯面 2、空腔导体 2 第六页，共二十八页，2022年，8月28日 若内表面带电，必等量异号 结论：空腔内无电荷时，电荷分布在外表面,　　　 内表面无电荷. 与导体是等势体矛盾 － ＋ 高斯面 + + + + + + + + + + 空腔带电导体 第七页，共二十八页，2022年，8月28日 空腔内有电荷时 结论: 空腔内有电荷+q时，空腔内表面有感 应电荷-q，外表面有感应电荷+q． + 高斯面 q q -q 空腔导体 第八页，共二十八页，2022年，8月28日 作扁圆柱形高斯面 + + + + + + + ? ?S 导体表面附近场强与电荷面密度的关系 3 结论：导体表面之外邻近表面处的场强，与该处电荷面密度成正比，方向与导体表面垂直。 第九页，共二十八页，2022年，8月28日 导体表面电荷分布规律： + + + + + + + + + + 孤立导体处于静电平衡时，表面各处的面电荷密度与表面的曲率有关，曲率越大的地方，面电荷密度越大。 第十页，共二十八页，2022年，8月28日 带电导体尖端附近的电场特别大，可使尖端附近的空气发生电离而成为导体产生放电现象． 尖端放电现象 应用：避雷针 不利的一面：浪费电能 干扰精密测量和通讯 避免方法：金属元件尽量做成球形，并使导体表面尽可能的光滑 第十一页，共二十八页，2022年，8月28日 第十二页，共二十八页，2022年，8月28日 三、静电屏蔽 第一类空腔(空腔导体内部无电荷) 空腔内表面不带任何电荷; 空腔内部及导体内部电场强度处处为零。 可以利用空腔导体来屏蔽外电场，使空腔内的物体不受外电场的影响。 + + 1、静电屏蔽现象 1 第十三页，共二十八页，2022年，8月28日 第二类空腔(空腔导体内部有电荷) 内部面将感应异号电荷，外表面将感应同号电荷。 + q –q 若把空腔外表面接地，则空腔外表面的电荷将中和，空腔外面的电场消失。 空腔内的带电体对空腔外就不会产生任何影响。 第十四页，共二十八页，2022年，8月28日 高压设备都用金属导体壳接地做保护 在电子仪器、或传输微弱信号的导线中都常用金属壳或金属网作静电屏蔽。 高压带电操作 ? ? ? ? ? ? ? ? 外界不影响内部 2、应用 2 第十五页，共二十八页，2022年，8月28日 例1 有一外半径R1=10 cm，内半径R2=7 cm 的金属球壳，在球壳 中放一半径R3=5 cm的同心 金属球，若使球壳和球 均带有q=10-8 C的正电 荷，问两球体上的电荷 如何分布？球心电势为 多少？ 第十六页，共二十八页，2022年，8月28日 解 作球形高斯面 作球形高斯面 第十七页，共二十八页，2022年，8月28日 球体上的电荷分布如图（球壳内表面带 ，外表面带 ） 第十八页，共二十八页，2022年，8月28日 第十九页，共二十八页，2022年，8月28日 R1=10 cm，R2=7 cm R3=5 cm，q=10-8 C 第二十页，共二十八页，2022年，8