静电场中的导体与电介质课件.ppt

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1、静电场中导体和介质第十一章静电场中的导体和电介质conductoranddieletricinelectrostaticfieldchapter11本章内容本章内容电容电容器静电场中的电介质静电场中的导体静电场的能量第一章静电场中的导体conductorinelectrostaticfield11-1静电感应一、导体的静电平衡导体内有大量自由电子它们不停地作热运动无外电场时自由电子分布均匀导体整体不显电性若施以外电场自由电子定向漂移电荷重新分布导体两端出现等量异号电荷称为静电感应静电平衡静电感应所产生的感生电荷产生一个附加电场导体内合电场为自由电子停止定向漂移自由电子不

2、断漂移附加电场不断增大静电平衡导体达到导体内合电场静电平衡条件导体内不论导体的内部或表面，均无电子作定向运动此时导体的整体成为等势体表面等势面成为导体达到静电平衡的条件是导体内部的场强处处为零1.导体表面的场强处处垂直于导体表面2.定性示例+++++++++++-----------导体导体0内等势等势处于静电平衡状态下的导体，尽管导体表面呈现有正、负电荷分布，而且电荷的面密度随表面曲率变化而有所不同，但导体表面以及整个导体中的任何两点之间都不会有电势差。实心导体二、静电平衡时导体上的电荷分布因静电平衡时导体内处处在导体内任意区域作高斯面导体内部处处无凈电荷凈电荷只能分

3、布于其外表面根据导体的静电平衡条件及静电场的高斯定理导体内讨论三类典型情况和等势性质实心导体1.空腔无荷导体可能可能内表面无电荷内表面有等量异号电荷腔内无电荷的空腔导体其电荷只能分布在导体的外表面成立与静电平衡时导体为等势体相矛盾排除此可能性腔内无电荷的空腔导体因静电平衡时导体内处处作高斯面在导体内包围空腔面上处处2.空腔有荷导体设导体原已带有电量空腔内电荷的电量因静电平衡时导体内处处作高斯面在导体内包围空腔面上处处空腔内电荷电量导体内表面分布的电量因本系统的导体中电荷守恒导体外表面分布的电量为腔内有电荷的空腔导体3.静电屏蔽静电屏蔽利用封闭导体壳隔离静电场的影响封闭导

4、体壳不论是否接地，内部电场不受壳外电荷影响接地封闭导体壳外部电场，不受壳内电荷的影响腔内位置变化无影响腔内电量变化有影响若不接地曲率问题孤立导体面电荷密度与曲率的关系很长的导线连接A、B电势相等曲率半径较小（曲率较大）电荷密度较大曲率半径较大（曲率较小）电荷密度较小平衡导体近场不论自身是否带电不论外部电荷的电场如何复杂一旦静电平衡在导体内处处为零一切电荷的合场强在导体外于表面附近处处与表面垂直某导体若此时的电荷面密度为表面的外部场强大小为某点该点导体表面贴近必有三、静电平衡状态下导体表面附近的场强近场公式证明不论自身是否带电不论外部电荷的电场如何复杂一旦静电平衡在导体内

5、处处为零一切电荷的合场强在导体外于表面附近处处与表面垂直某导体若此时的电荷面密度为表面的外部场强大小为某点该点导体表面贴近必有四、静电平衡状态下导体表面附近的场强由高斯定理側面电通量导体内的底面电通量证明作一圆柱形微薄高斯面母线平行于表面电场两底面分别处在导体内、外设两底面积均为三、静电平衡状态下导体表面附近的场强注意区别无限大带电荷平面的场强静电平衡时导体表面附近的场强思考(如何用高斯定理快速得出下述结论)计算四、有导体存在时电场与电势的计算在静电场中的导体无论导体自身是否带电,都会产生感应电荷,从而使导体电荷和电场重新分布.当导体达到静电平衡后,其电荷和电场将同时被

6、确定.计算时的基本依据:1.电荷守恒;2.静电平衡条件;3.电场和电势的计算.例无限大厚导体板A、B.独立存在时,双面单位面积带电总量为双面单位面积带电总量为的正负是任意的将两板靠拢至当导体静电平衡时(1)求证:(2)求:(3)计算:的关系等值异号;等值同号.续联立解得解法提要(1)导体内任一点的场强为零,两内側面电荷面密度等量异号两外側面电荷面密度等量同号设为计算的正方向.由导体内场强为零的条件,求各平面的面电荷密度相对大小和相对符号静电平衡(2)电荷守恒与上问答案联立解得续两板之间的场强为(3)导体静电平衡时分别是等势体;解法提要我们也可以根据讨论:用高斯定理求区的

7、场强.例内半径外半径的导体球壳自身带电量球心处有一点电荷静电平衡后,空腔中点的电势静电平衡后的电荷分布:解法提要静电平衡后,导体壳自身的分布于外表面,导体壳内的电荷在内表面感应出在外表面感应出导体中的场强再用高斯定理求得(Q)内半径外半径的导体球壳自身带电量球心处有一点电荷静电平衡后,空腔中点的电势静电平衡后的电荷分布:解法提要静电平衡后,导体壳自身的分布于外表面,导体壳内的电荷在内表面感应出在外表面感应出导体中的场强再用高斯定理求得讨论讨论:这是导体球壳的电势静电平衡时,导体球壳是等势体,其内外表面的电势相等,与球壳的厚度无关.结果:第