第二章静电场中的导体和电介质ppt课件.ppt

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1、第二章静电场中的导体和电介质§1静电场中的导体§2电容和电容器§3电介质§4介质中静电场能量密度1.静电平衡导体内部和表面无自由电荷的定向移动，电场不随时间变化。该状态下，导体处于静电平衡状态。在一定温度下，自由电子作无规热运动§1静电场中的导体2.均匀导体静电平衡的条件一.导体的静电平衡条件3.导体静电平衡的条件证明必要条件图示说明文字说明导体内E不处处为0自由电荷受力运动电场随时间变化不平衡充分条件证明见本节附录B4.导体趋于静电平衡的过程初始状态感应电荷感应电场和电场5.导体静电平衡时的性质导体外表面附近的场强处处与表面垂直。--->电力线与

2、等位面处处正交导体内部电场为零导体是等位体,导体表面是等位面二.静电平衡导体的电荷分布由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.体内无净电荷，电荷只分布在表面证明：在导体内任取体积元由高斯定理体积元任取证毕导体带电只能在表面！2.导体表面电荷与外部表面场强的关系设导体表面电荷面密度为相应的电场强度为设P是导体外紧靠导体表面的一点：外法线方向写作导体在表面凸出的尖锐部分(曲率是正值且较大)，较大，3.孤立带电导体表面电荷分布一般情况较复杂；孤立的带电导体，电荷分布有定性规律。孤立带电导体球表面等曲率在比较平坦部分(曲率

3、较小)小，在表面凹进部分(曲率为负)最小。非孤立导体的面电荷分布最大曲率处，面电荷密度低孤立导体外表面场强与曲率的关系曲率↗面电荷密度↗电场强度↗气体击穿放电尖端放电高E,加速空气中的电子AA+A*孤立导体电离电晕光尖端放电一例尖端放电的防止与应用●高压输电线的电晕（防止）●避雷针（利用）●空气负离子发生器（利用）负离子形成：e+A-->A-负离子作用：空气维生素●臭氧发生器：臭氧用处—杀菌、水处理●电子打火机●电晕除尘●静电印刷三.导体壳与静电屏蔽腔内腔外讨论的问题是：1)腔内、外表面电荷分布特征2)腔内、腔外空间电场特征导体壳的几何结构

4、腔内、腔外内表面、外表面内表面外表面内表面处处没有电荷，电荷只分布在外表面。腔内场强为零，或腔内电势处处相等。1.腔内无带电体基本性质：证明:在导体壳内作高斯面S高斯定理内表面一部分带正电荷，一部分带负电荷内表面处处没有电荷与等势矛盾则会从正电荷向负电荷发出电力线两性质得证两种情况S+–？2.腔内有带电体表达式腔内电场严格计算困难用高斯定理可证1)与电量有关；2)与腔内带电体、几何因素、介质有关。定性结论基本性质：导体壳内表面所带电荷与腔内电荷的代数和为零。S–q–––––3.静电屏蔽的装置---接地导体壳Q外表面=qQ内表面=-q导体壳接地，腔外表面

5、电荷流向地，导体与外界等势，无电力线穿出，对腔外场无影响。不接地，腔内电荷对腔外场有影响。接地对导体壳屏蔽特性的影响腔内场腔外场只与内部带电量、内部几何条件及介质有关。即，在腔内：E外带电体+E外表面=0只与外部带电量、外部几何条件及介质有关。即，在腔外：E内带电体+E内表面=0讨论接地影响影响腔外表面的电荷，由此影响外部电场实际应用中的静电屏蔽两种不同形式（1）外部静电对测量仪器的影响屏蔽方法：（2）静电干扰源对外部环境的影响屏蔽方法：测量仪器外部静电干扰金属屏蔽静电干扰源金属屏蔽接地？板or网良好的地要接地例1在无限大带电平面的电场中，平行放置一

6、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导体体内任一点P场强为零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的电位解：1)导体电荷分布在表面上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A、B同心放置，仍维持球对称电量在表面均匀分布球A均匀分布着电量由高斯定理和电量守恒可以证明壳B的电量分布是相当于均匀带电的球面相当于一个均匀带电的球面证明壳B上电量的分布：在B内紧贴内表面作高斯面面S的电通量高斯定理电荷守恒定律S

7、由高斯定理求出各空间区域的电场强度求带电球电位由电位定义-q-q例3接地导体球附近有一点电荷,如图所示。求:导体上感应电荷的电量解:接地，即由于导体是个等势体O点的电势为零，则设:感应电量为O一.孤立导体的电容孤立导体的定义孤立导体电量、电位之间的关系孤立导体带电产生电场对应电位球形：正比关系§2电容及电容器电容只与几何因素和介质有关与带电量、电位无关是带电体固有的容电本领单位:法拉定义对于任意孤立导体：U、Q之间的正比关系仍然成立意义每升高单位电位所需要的电量说明例求真空中孤立导体球的电容(如图)设球带电为解：导体球电势导体球电容介质几何问题欲

8、得到的电容?孤立导体球的半径由孤立导体