导体和电介质存在时的静电场课件.ppt

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1、第2章导体和电介质存在时的静电场§1静电场中的导体§2有导体存在时静电场场量的计算§3导体壳与静电屏蔽§4电容器及电容§5电介质及其极化§6电位移矢量§7静电场的能量一、本章研究的问题仍然是静电场所以场量仍是基本性质方程仍是思路：物质的电性质对电场的影响解出场量二、导体绝缘体1.导体存在大量的可自由移动的电荷conductor2.绝缘体理论上认为无自由移动的电荷也称电介质dielectric3.半导体介于上述两者之间semiconductor本章讨论金属导体和电介质对场的影响§1静电场中的导体一、导体的静电平衡条

2、件二、导体上电荷的分布（导体的电性质和对场的贡献）一、导体的静电平衡条件1.静电平衡导体内部和表面无自由电荷的定向移动说导体处于静电平衡状态2.导体静电平衡的条件导体内任一点的电场强度为零。与导体表面之外紧邻处场强与该处表面垂直。导体静电平衡的性质导体是一等势体，导体表面是一等势面。导体外部附近空间的场强与导体表面正交。二、导体的静电平衡条件和静电场的基本性质，可以得出导体上的电荷分布。1、电荷只分布在导体表面，导体内部净电荷为零。2、导体表面附近的场强与该处导体表面的电荷面密度成正比。3、导体表面附近的

3、场强与该处导体表面的曲率成正比。尖端放电现象内有空腔的导体特点：A）腔内无带电体1）空腔内表面没有电荷，电荷只分布在外部表面。2）空腔内部也没有电场，为一等势空间。纵剖面++---+++---+3）空腔内电场为0，不管外电场如何变化，由于导体表面电荷重新分布，总要使内部场强为0B）腔内有带电体（设内部电荷为q，空腔导体原来带电Q）结论：静电平衡时，导体内表面带电-q，外球带电q+Q。++++++++++纵剖面S+q+q++++++++++--------腔内电荷变化会引起腔外电场的变化§2有导体存在时静电场场量的

4、计算原则:1.静电平衡的条件2.基本性质方程3.电荷守恒定律例1无限大的带电平面的场中平行放置一无限大金属平板求：金属板两面电荷面密度解:设金属板面电荷密度由对称性和电量守恒（1）导体体内任一点P场强为零（2）例2金属球A与金属球壳B同心放置求:1)电量分布已知：球A半径为带电为金属壳B内外半径分别为带电为2)球A和壳B的电势解：1)导体带电在表面球A的电量只可能在球的表面壳B有两个表面电量可能分布在内、外两个表面由于AB同心放置仍维持球对称电量在A表面、B内表面分布均匀证明壳B上电量的分布：在B内紧贴内表面作

5、高斯面S面S的电通量高斯定理电荷守恒定律思考：该结论对内表面的形状、内部带电状况有限制吗？外表面相当于孤立带电表面由于曲率相同所以均匀分布等效:在真空中三个均匀带电的球面利用叠加原理球面电荷单独存在时对电势的贡献第1个第2个第3个例3接地导体球附近有一点电荷q,如图所示。求:导体上感应电荷的电量解:接地即设:感应电量为Q由导体是个等势体知o点的电势为0由电势叠加原理有关系式：§3导体壳与静电屏蔽静电是很普遍的现象，20世纪的今天，电子仪器也是很普遍的。防止静电干扰的思路：1）“躲藏起来”2）大家自觉防止静电场外泄

6、电容只与几何因素和介质有关固有的容电本领电容器所带的电量与其电压成正比单位:法拉F、微法F、皮法pFSI量纲：电容§4电容器及电容例求真空中孤立导体球的电容(如图)设球带电为Q解：导体球电势导体球电容介质几何例：欲得到1F的电容孤立导体球的半径？由孤立导体球电容公式知实在难啊！典型的电容器平行板d球形柱形符号：电容的计算方法1.设电容器的带电量为q。2.确定极板间的场强。计算两板间的电势差。3.由4.由电容定义计算电容。电容器的电容只与电容器的大小、形状、电介质有关，而与电量、电压无关。例1：球形电容器解：设极

7、板带电量为q，板间场强为极板间的电势差由电容定义可看出C只与几何尺寸有关，而与q无关。例2：平行板电容器平行板电容器极板面积为S，板间距离为d，求电容器电容。解：设极板带电量为q由平行板电容器场强板间电势差电容C与q无关。例3：圆柱形电容器圆柱形电容器为内径RA、外径RB两同轴圆柱导体面A和B组成，且圆柱体的长度l比半径RB大得多，求电容。解：设两柱面带电分别为+q和-q，则单位长度的带电量为确定柱面间的场强，作半径为r、高为l的高斯柱面。高斯面面内电荷代数和为：柱面间的电势差为高斯面电容l越大，C越大。四、电容

8、器串并联1.电容器串联特点：由有注意1.电容越串容量越小。2.可提高电容耐压程度，外加电压由各电容器分压。若面积S相同，相当于将极板间距增大。2.电容器并联特点由注意电容越并越大，若极板间距d相同，电容并联相当增加面积S。§5电介质及其极化一、电介质的微观图象(1)无E0时分子不显电性。1.无极分子正负电荷中心重合。(2)有外场时呈现极性。位移极化：正负电荷中心拉开，形成