静电场中的导体和电介质1导体素材课件.ppt

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1、11.1静电场中的金属导体11.3有电介质时的静电场和高斯定理11.2静电场中的电介质11.4电容电容器第11章静电场中的导体和电介质重点：有导体、电介质存在时的场强和电势计算电位移D的计算11.5电场的能量-F由带正电的晶体点阵（框架）和大量自由电子组成。静电感应现象：在外电场影响下，导体表面不同部分出现正负（感应）电荷的现象。静电平衡状态：导体内部和表面没有电荷的宏观定向移动的状态。11.1静电场中的金属导体11.1.1金属导体的电结构任意微小体积元内，自由电子的负电荷和晶体点阵上的正电荷的数目

2、相等，整个导体显现电中性。11.1.2导体的静电平衡条件-+-+-+E=0-+-+-+-+-+-+-+-+静电平衡状态导体(带电或不带电)自由电子作宏观定向运动导体表面出现感应电荷自由电子宏观定向运动停止外电场作用下附加电场电荷重新分布静电感应现象过程（1）静电平衡时，导体内任何一点场强都等于零。即：导体内不存在电场线。（2）静电平衡时，导体表面上任何一点场强方向都垂直于导体表面。即：电场线垂直于导体表面。静电平衡时导体中的电场特性表面是个等势面静电平衡时电势性质：导体是个等势体,证：在导体内任

3、取两点a、b也可以从电场强度与电势梯度之间的关系分析。ab1、静电平衡时，内部各处无电荷，电荷Q只分布在导体表面。11.1.3静电平衡时导体上的电荷分布证：在导体内部取一很小的封闭面S为高斯面。高斯定理：所以导体内部无电荷，即电荷只能分布在导体的表面上。Q++++++++++++++++S（设总带电量为Q）2、空腔导体（设总带电量为Q）静电平衡时:①空腔内无电荷时：空腔的内表面无电荷，电荷只分布于外表面上；②空腔内有电荷+q时：+q+++++++++++------q空腔的内表面有电荷–q，外表面有

4、电荷Q+q+++++++++++++++++QQ+q由高斯定理，过P作很小的圆柱面S，底面为dS3、静电平衡时，导体表面上各处的面电荷密度与其表面紧邻处的场强大小成正比：证：P4、孤立导体处于静电平衡时，其表面各处的面电荷密度σ与曲率有关。曲率大的地方，面电荷密度σ也大。孤立导体表面附近的场强分布也服从同样的规律。尖端附近的场强最大，平坦的地方次之，凹进去的地方最弱。尖端放电：具有尖端的带电导体，当尖端处的场强超过空气的击穿场强时，会发生空气被电离的放电现象。++++++++++--++空气的击穿强

5、度为P49（绝缘强度）避雷针就是应用尖端放电性质制造的。另外，高压输电网的导线应采用表面光滑的粗导线。“电风”利用这一性质，可将一些精密仪器放置在空腔内，以避免外界电场的影响。置于静电场中的导体空腔，内部没有电场，所以导体壳对外界静电场起了隔离作用，导体空腔内的物体不受腔外电场的影响。E=0被保护仪器11.1.4静电屏蔽结论：接地的空腔导体可以屏蔽腔内、外电场的相互影响。若导体空腔内有带电体，则空腔内存在的电场要影响到腔外的物体。为了消除这种影响，可将导体空腔接地，从而隔绝了腔内带电体（电场）对外界

6、的影响。电器设备高压带电作业屏蔽线导体内部的场强处处为零；导体表面的场强垂直于导体的表面：导体放入静电场中，电场会影响导体上的电荷分布；同时导体上的电荷分布也会影响电场的分布。（2）静电场基本规律：（3）导体的静电平衡条件：（1）电荷守恒定律；计算有导体存在时的静电场的基本依据有：电场高斯定理静电场环路定理(电势的概念)导体内部和导体表面电势处处相等。11.1.5计算示例例1：两个半径分别为R和r的球形导体（R>r），用一根很长的细导线连接起来，使这个导体组带电，求两球表面电荷与半径的关系？解：

7、两球由导线连接，电势相等。因为连接导线很长，利用孤立导体的电势公式：可见，大球所带电量Q比小球所带电量q多。rRQq两球电荷面密度与半径成反比。(2)两球的面电荷密度分别为：例2：在一个接地的金属球附近有一个电量为q（q>0）的点电荷。已知球的半径为R，点电荷与球心距离为r，求金属球面上感应电荷的总电量q’。解：点电荷q在球心o处的电势：感应电荷q’在球心o处的电势：感应电量q’的值总是小于点电荷电量q。rqoR--------q’=?导体的电势：rqo------++++++思考1：在距一个原来不

8、带电的导体球的中心r处放置一电量为q的点电荷。此导体球的电势多大？思考2：两块平行放置的导体大平板带电后，其相对的两表面上面电荷密度是否一定是大小相等，符号相反？为什么。答：是。由高斯定理2341q1q2BA例3：两块大导体平板，面积为S，分别带电q1和q2，两极板间距远小于平板的线度。（1）求平板各表面的电荷密度;（2）求各处的电场分布。解:q1q2BA（1）由电荷守恒：静电平衡条件，导体板内E=02341P由高斯定理（2）电场分布：2341