静电场中的导体和电介质课件.ppt

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1、主要研究（1）电场对导体和电介质的作用；（2）导体和电介质对电场的影响；电场物质§10-7静电场中的导体和电介质从导电性来讲，物质可分为三类：导体、半导体和绝缘体。导体：有能自由移动电荷的物体。如金属导体，电解质溶液，气体等离子体……课本主要指金属导体，自由电荷是自由电子。§10.7.1导体的静电平衡1.导体自由移动：只要有不为零的电场力，就会定向运动。2.导体的静电感应1）无外电场时导体的静电感应过程2）加上外电场后E外导体的静电感应过程加上外电场后E外+导体的静电感应过程加上外电场后E外++导

2、体的静电感应过程加上外电场后E外+++++导体的静电感应过程加上外电场后E外+++导体的静电感应过程加上外电场后E外+++++导体的静电感应过程加上外电场后E外+++++导体的静电感应过程加上外电场后E外+++++++导体的静电感应过程加上外电场后E外++++++导体的静电感应过程加上外电场后E外++++++++导体的静电感应过程+加上外电场后E外+++++++++问题：导体的静电感应过程能无休止进行下去吗？1)有电源和闭合回路时——可以。靠其他形式的能驱使自由电荷不断定向移动。2)孤立导体——不

3、可以。有一个极限——静电平衡：++++++++++3.导体达到静电平衡E外E感感应电荷感应电荷静电感应：导体内的自由电荷在外电场作用下产生定向移动，使得导体表面出现感应电荷的现象。感应电荷：由于静电感应而在导体表面产生的净电荷。感应电场：由感应电荷激发的电场，起到削弱原施感电场的作用。静电平衡：感应电场与原施感电场抵消——导体内电场为零(电学特征)，导体内无宏观电荷的定向移动(力学特征)的状态（静电平衡条件）。1、电势方面2、电场方面3、电荷方面§10.7.2静电平衡导体的电学特征1.静电平衡导体

4、上的电势特征静电平衡时导体为等势体，导体表面为等势面。(导体只有一个电势值)证明：在导体上任取两点，电势差为：导体为等势体，导体表面为等势面。静电平衡时导体中2.静电平衡导体表面电场特征1)方向:静电平衡时;场强方向与导体表面垂直由于静电平衡时导体表面为等势面，由等势面的性质，场强方向垂直于等势面，所以场强垂直于导体表面。反之，如果场强不垂直于表面，电场力继续移动电荷，不满足静电平衡条件。金属球放入前电场为一均匀场金属球放入后电力线发生弯曲电场为一非均匀场+++++++2)大小:静电平衡时;导体表

5、面附近的场强大小为:证明：垂直导体表面作一小高斯柱面，外底面上的场强近似不变。证毕注意：1.E不是面积S产生的，是整个导体产生的。2.E是导体外表面之外附近很近处的场强。几个公式的对比3.静电平衡导体上的电荷特征静电平衡时导体内无宏观净电荷，所有宏观净电荷电荷分布于外表面。证明：导体内取任何闭合面静电平衡时E=0，所以静电平衡时导体内无宏观净电荷。高斯面或：导体的宏观净电荷只分布在外表面反之，如果体内有宏观净电荷与静电平衡矛盾避雷针尖端放电:尖端场强特别强，足以使周围空气分子电离而使空气被击穿，导

6、致“尖端放电”。怎么分布？一般导体表面上的电荷分布,与导体外表面形状有关,还和它周围电场有关。孤立带电体的电荷分布规律只与外表面形状有关；导体上电荷面密度大小只与带电量及该处表面的曲率有关。曲率较大，表面尖而凸出部分，电荷面密度较大曲率较小，表面比较平坦部分，电荷面密度较小曲率为负，表面凹进去的部分，电荷面密度最小孤立导体的电荷分布的半定量分析：孤立导体：导体周围无其它带电体。球1电势一般导体较为复杂，为了简化，这里用以无限长导线相连的两个导体球简化模型：无限长细导线导体：整体等势；细：基本无电荷

7、；无限长：2小球电荷分布无相互影响。球2电势两导体相连，故电势相等：注：不是一个普遍规律！如：连接线较短时，相同的R有不同电荷密度无外场时，自身带电导体也会处于静电平衡态静电平衡态是能量最小(能量特征)的状态。任何导体都总是会趋于能量最低的静电平衡态(就像热力学系统趋于能量最低的热平衡态).静电平衡态是唯一确定的。库仑力是长程力，自由电荷间的库仑作用使得电荷出现集体移动，最后处于能量最低的静电平衡态。1、电势方面2、电场方面3、电荷方面静电平衡导体的电学特征1)静电平衡时导体为等势体；2)导体表面

8、为等势面。(导体只有一个电势值)1)导体内部电场为零——或电场线无法穿透导体；2)导体表面场强方向与导体表面垂直；3)导体表面附近的场强大小为：1)静电平衡时导体内无净电荷，所有电荷分布于外表面;2)电荷面密度与导体表面附近的电场成正比;3)一般来说表面曲率大的地方电荷密度高。所有静电平衡导体的特征：——能量必定处于唯一确定的最低状态与静电平衡的类型无关：不管是外部电场，空腔内部电场导致的静电平衡，还是自身带电导致的静电平衡。静电平衡导体的能量特征§10.7.3有空腔的导体壳和静电