《导体和电介质》PPT课件

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1、第十章静电场中的导体和电介质导体内有大量自由电子，自由电子在电场力作用下运动使电荷重新分布，称为导体的静电感应。电介质（绝缘体）内几乎没有自由电荷，但在外电场作用下会产生极化电荷（束缚电荷），称为电介质的极化。感应电荷和极化电荷产生的电场称为附加电场。当电场中引入导体或电介质后，空间的电场分布发生变化：外电场（原来的电场）；附加电场。主要内容：(1)导体的静电平衡条件；(2)电介质的极化、有电介质时的高斯定理；(3)电容和电容器；(4)电场的能量。返回§10-1静电场中的导体1、导体的静电平衡条件：导体不带电或不受外电场作用时，因电子的无规则热运动，导体内任

2、一体积内无净电荷—电中性。(a)在外电场E0作用下，电子逆电场方向运动；(b)导体表面出现感应电荷，导体内产生附加电场E'；(c)外电场与附加场等值而反向时，电荷运动停止，导体处于静电平衡状态。导体内：E=E0−E'=0导体的静电平衡导体的静电平衡条件：(a)导体内电场强度处处为零；(c)导体表面场强处处与导体表面正交。(b)导体是个等势体，导体表面为等势面；QQS2、导体上电荷的分布：(1)实心导体：导体内任取高斯面。(2)空腔导体（腔内无电荷）：?导体内任取高斯面，则：内表面上也不可能有等量异号电荷，否则：与导体是等势体的结论不符。SQS(3)空腔导体（

3、腔内有电荷）：导体内、外表面间任取高斯面。+q+q空腔内表面感应出电量-q，而外表面电量为Q+q。结论：导体静电平衡时，电荷只分布在表面上。导体表面电荷面密度与表面曲率半径的关系：（近似）3、导体表面外附近的场强：在导体表面取柱状高斯面，则其侧面和导体内底面的电通量为零。即：所以：导体表面曲率半径小的地方，电场强度大。尖端放电：针尖状导体处电场很强，可使周围的空气电离，同时产生“电风”—尖端放电。4、静电屏蔽：利用空腔导体可消除腔内、腔外电场的相互影响。(1)对腔外电场的屏蔽：由静电平衡条件，导体内和导体内表面均无电荷。但外电场变化时，将使腔内电场发生变化，

4、可通过“接地”解决。(2)对腔内电场的屏蔽：腔内电荷q在腔内表面感应出电荷−q，同时外表面感应出电荷q。若将导体空腔接地，则腔外空间的电场、电势不受腔内电场的影响。静电屏蔽例10-1例10-1：半径R1，带电Q1的金属球A，外面有一内、外半径分别为R2、R3，带电Q的同心球壳B。求：(1)电场和电势的分布；(2)球与球壳间的电势差。(1)电场分布：ABR1R2R3Q1−Q1Q1+QIIIIIIIVER1R2R3or电场分布不连续。电势分布：（场势法）ABR1R2R3Q1−Q1Q1+QIIIIIIIVr

5、QIIIIIIIVR2R3：UR1R2R3or可见：电场强度为零处，电势不一定为零。电势连续电势分布：（电势叠加法）R1R3：(2)球与球壳间的电势差。ABR1R2R3Q1−Q1Q1+QIIIIIIIV或由场势法：例10-2例10-2：面积均为S的两块大金属平板A、B平行放置，A带电Q，B

6、不带电，求：静电平衡时A、B板上电荷分布及周围电场分布。（忽略边缘效应）ABσ1σ2σ3σ4IIIIIISP由电荷守恒：作高斯面S，得：对P点：返回§10-2电容和电容器1、孤立导体的电容：一导体周围无其他导体、电介质、带电体时，则该导体称为孤立导体。孤立导体的电容定义为：如：半径为R，带电量为Q的球形导体的电容为：孤立导体的电容与Q、U无关，只决定于导体本身性质（形状、大小等）和周围情况。单位：法拉2、电容器的电容：带等量异号电荷的两个导体（极板）组成的系统称为电容器。电容器的电容：当两极板之一移到无穷远时，C=Q/U即为孤立导体的电容。C取

7、决于电容器的结构及周围电介质的电学性质。(1)平行板电容器：ABS+Q−Qd当两极板间的距离远小于极板的线度时，极板间电场可近似看作匀强电场。所以：(2)球形电容器：球形电容器的两极板由球形导体A和同心球壳B组成。所以：ABRARB−Q+Q若d=RB-RA<>RB−RA时：所以：若d=RB-RA<

8、联时：...C1C2CnUq1q2qnCqU电容器