Chapter 02_第二章 导体周围的静电场ppt课件.ppt

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1、第二章导体周围的静电场1金属导体带电导体：总电量不为零的导体中性导体总电量为零的导体孤立导体与其它物体距离足够远的导体§1静电场中的导体21.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的静电平衡条件3中性导体的两个侧面出现了等量异号的电荷。在导体的内部建立一个附加电场E’。导体内部的场强E就是E’和E0的叠加。++++++------+-++++++------++++++------开始，E’

2、衡状态。4静电感应金属导体有自由电子，作无规则的热运动。导体中的自由电子在电场力的作用下作宏观定向运动，引起导体中电荷重新分布而呈现出带电的现象，叫作静电感应。++++++++AB++++++++____++++AB5用电场表示导体内部任一点的电场强度为零；导体表面处的电场强度，与导体的表面垂直。E内=0E表表面用电势表示：导体是个等势体；导体表面是等势面。对于导体内部的任何两点A和B对于导体表面上的两点A和BAB等势面静电平衡条件6静电平衡时导体上电荷的分布在静电平衡时，导体内部的电场强度为零，所以通过导体内部任一高斯面的电场强度通量必为零结论：在静电平衡时，导体所带的电荷

3、只能分布在导体的表面上，导体内部没有净电荷。内=0SVE=07由高斯定理可证明证明：由高斯定理导体的表面场强8孤立导体电荷分布有以下定性规律尖端放电：如果场强大到可以使其周围空气电离——“尖端放电”。9表面曲率越大，面电荷密度越大。尖端放电现象10尖端放电及其应用危害：雷击对地面上突出物体（尖端）的破坏性最大；高压设备尖端放电漏电等。应用实例：避雷针高压输电中，把电极做成光滑球状范德格拉夫起电机的起电原理就是利用尖端放电使起电机起电；场离子显微镜（FIM）、场致发射显微镜(FEM)乃至扫描隧道显微镜(STM)等可以观察个别原子的显微设备的原理都与尖端放电效应有关；静电复印机

4、的也是利用加高电压的针尖产生电晕使硒鼓和复印纸产生静电感应，从而使复印纸获得与原稿一样的图象。11SS例1.两块平行放置的面积为S的金属板，各带电量Q1、Q2,板距与板的线度相比很小。求：②若把第二块金属板接地，以上结果如何？EIEIIEIIIQ1Q2①静电平衡时,金属板电荷的分布和周围电场的分布。12EIEIIEIIIQ1Q2解：高斯定理静电平衡条件导体内部的场强为零电荷守恒•P1•P2解得：13电场分布：EIEIIEIIIQ1Q2•P1•P214EIEIIEIIIQ1Q2如果第二块坂接地，则4=0电荷守恒高斯定理静电平衡条件解得：•P15例2.两个半径分别为R和r的球形导

5、体（R>r），用一根很长的细导线连接起来（如图），使这个导体组带电，电势为U，求两球表面电荷面密度与曲率的关系Q16解:两个导体所组成的整体可看成是一个孤立导体系，在静电平衡时有一定的电势值。设这两个球相距很远，使每个球面上的电荷分布在另一球所激发的电场可忽略不计。细线的作用是使两球保持等电势。因此，每个球又可近似的看作为孤立导体，在两球表面上的电荷分布各自都是均匀的。设大球所带电荷量为Q，小球所带电荷量为q，则两球的电势为Q17可见大球所带电量Q比小球所带电量q多。两球的电荷密度分别为可见电荷面密度和半径成反比，即曲率半径愈小（或曲率愈大），电荷面密度愈大。18作业2.1.2

6、，2.1.3，2.1.419导体空腔导体空腔一般分为两类腔内没有带电体腔内有带电体讨论两类空腔在静电平衡时的电场、电势和电荷分布，只讨论达到平衡的情况。§2静电屏蔽20电荷分布在导体表面，导体内部场强处处为零。2空腔导体（1）腔内无带电体：电荷分布在导体表面，导体内部及腔体的内表面处处无净电荷。空腔内处处E=0，空腔内处处电势相等.1实心导体+++++++++21腔内无带电体证明：作Gauss面如图必然会有电力线起始于内表面上带正电荷处，内表面不是等势面——导体也不是等势体，矛盾22可以利用空腔导体(空腔导体内部无电荷)来屏蔽外电场，使空腔内的物体不受外电场的影响。++静电屏蔽

7、现象23（2）腔内有带电体：腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带的电量等量异号，腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定未引入q时放入q后+++++++++++++++q++24导体内表面上所带电荷与腔内电荷的代数和为零证明：作Gauss面如图带等量异号电荷的无限大平面板（忽略边缘效应）25腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带的电量等量异号，腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定，腔外导体和电场不影响腔内电场。腔内电荷的位置不影响导体外电场。外表面接地，腔外电场消失。26静电屏蔽在静电平衡状态