第14章-静电场中的导体和电介质ppt课件.ppt

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1、物质按其导电性能的不同，可以分为：1、导体--导电性能很好的材料，如各种金属、电解质溶液等；2、电介质(绝缘体)--导电性能很差的材料，如云母、胶木等；3、半导体--导电性能介于导体和绝缘体之间的材料；若将这些物质置于电场中，在静电场力的作用下，其内部的电荷分布将发生变化。导体将产生感应电荷，电介质将产生极化电荷，并且转而影响原电场的分布。本章主要讲解四个方面的问题：1）静电场中的金属导体导体的静电平衡条件静电平衡时导体上的电荷分布静电屏蔽2）电容电容器3）静电场中的电介质电介质的极化电介质中的高斯定理4）电场的能量静电场中的金属导体1、

2、导体的静电平衡条件感应电荷附加电场E’静电平衡状态（自由电子宏观定向运动停止）处于静电平衡状态的导体有如下性质：①导体内部的场强处处为零(否则电子的定向运动不会停止)；导体表面外侧场强处处垂直导体表面(否则电子将会在场强沿表面分量作用下，作定向运动)。②整个导体是个等势体，导体表面是个等势面，且表面电势=体内电势。2、静电平衡时导体上的电荷分布（1）电荷分布在导体的外表面上；（2）静电平衡下的孤立导体，其表面某处面电荷密度σ与该表面曲率有关，曲率越大的地方，电荷密度σ也越大；（3）导体表面上各点的电荷面密度与表面附近场强大小成正比，E=/0

3、应用尖端放电电晕放电避雷针等带电的尖端电场强，使附近的空气电离，因而产生放电。nSE=0E即3、静电屏蔽当空腔导体接地时，空腔内各点相对地的电势不再变化，腔内电场也不再影响腔外电场，这种现象称为静电屏蔽。【例题】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。求平板各表面的电荷密度。q1q2BA2341q1q2BA解：设四板面密度如图所示，由电荷守恒由静电平衡条件，导体板内E=0。如q1=-q2,结果如何？【例题】半径为R的金属球与地相连，在与球心相距2R处有一点电荷q，求球上的感应电荷q’有多大？【例题】

4、在内外半径分别为R1和R2的导体球壳内，有一个半径为r的导体小球，小球与球壳同心，让小球与球壳分别带上电荷量q和Q。试求：（1）小球的电势Vr，球壳内、外表面的电势；（2）小球与球壳的电势差；（3）若球壳接地，再求小球与球壳的电势差。解：（1）由对称性可以肯定，小球表面上和球壳内外表面上的电荷分布是均匀的。小球上的电荷q将在球壳的内外表面上感应出-q和＋q的电荷，而Q只能分布在球壳的外表面上，故球壳外表面上的总电荷量为q+Q。小球和球壳内外表面的电势分别为球壳内外表面的电势相等。（3）若外球壳接地，则球壳外表面上的电荷消失。两球的电势分别为（2

5、）两球的电势差为两球的电势差仍为由结果可以看出，不管外球壳接地与否，两球的电势差恒保持不变。本章主要讲解四个方面的问题：1）静电场中的金属导体2）电容电容器3）静电场中的电介质电介质的极化电介质中的高斯定理4）电场的能量电容电容器被电介质分隔开的两个相距较近的导体所组成的系统，称为电容器。它可以用来储存电荷和电能。定义：电容器的电容单位（SI）：孤立导体球电容器地球电容：C=43.148.8510-126.37106=7.0810-4F=708µF对于一个半径为R的孤立导体球平行板电容器显然，电容C取决于电容器两板的形状、大小、相

6、对位置及中间电介质的种类和分布情况。同心球形电容器电容器的串联和并联串联电路总电容量减少，电容组耐压值增大。串联并联并联电路总电容量增大，电容组耐压值不变。【例题】C1、C2两个电容器，分别标明为30F、500V和20F、400V，把它们串联起来后，等值电容多大？如果两端加上700V的电压，是否会击穿？本章主要讲解四个方面的问题：1）静电场中的金属导体2）电容电容器3）静电场中的电介质电介质的极化电介质中的高斯定理4）电场的能量静电场中的电介质1、电介质的极化在外电场作用下，电介质表面出现极化电荷（束缚电荷）在外电场作用下，电介质表面出现

7、极化电荷（束缚电荷）外电场极化电荷产生的附加电场几种常见的电介质的相对介电常数1000～10000钛酸钡6～8云母81.5纯水5～10玻璃5.0～6.5绝缘用瓷2.0～2.3石蜡2.5聚苯乙烯1.00059空气3.1～3.5聚氯乙烯1真空电介质电介质实验表明：电介质的极化程度依赖于外电场E0的强弱，E0越强，电介质极化程度越高，附加电场E值越大2、电介质中的高斯定理------------+++++++++++++++++------------为了便于研究有电介质存在时的电场，通常引入另一个物理量---电位移矢量，定义为因为极化电荷是难以测

8、定的，于是我们采用另一思路来处理。在无电介质存在的情况下有穿过电介质中任意闭合曲面(高斯面S)的电位移通量等于该闭合曲面所包围的自由电荷的代数和。这一