《南理工大学物理上第9章9 (1 2)静电场中的导体ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《南理工大学物理上第9章9 (1 2)静电场中的导体ppt课件.ppt（40页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、,静电场中的导体,第九章 静电场中的导体和电介质 Static Field in Conductor and Dielectric),本章要求,1 掌握导体静电平衡的条件，并能从静电平衡条件出发，根据对静电场基本规律的分析，论证导体处于静电平衡时的电势、电荷和场强的分布特点。,2 理解静电屏蔽原理，了解静电屏蔽的应用。,4 正确理解电容的意义，掌握电容器电容的计算方法。,3 正确理解电位移矢量和电位移通量的概念，掌握电位移矢量和电场强度之间的关系式。,5 正确理解静电能及能量密度的概念，掌握电场能量的计算方法。,一、静电感应与静电平衡,1、导体的静电平衡-在电场中，导体的内部和 表面都没有电荷
2、定向移动的状态。,2、导体静电平衡条件,与导体表面之外紧邻处场强与该处表面垂直。,导体内任一点的电场强度为零。,3、导体静电平衡的性质,导体是一等势体，导体表面是一等势面。,二、静电平衡时导体上电荷的分布,1、实心导体,电荷只分布在导体表面，导体内部净电 荷为零。,导体外表面附近的场强与该处导体表面的 电荷面密度成正比。,导体表面各处的电荷密度的大小与各处的曲率有 关，曲率大的地方，电荷密度也大。,带来一个现象-尖端放电,由于尖端处电荷面密度很大，周围的电场很强。空气中散存的带电粒子在强电场的作用下作加速运动时获得足够大的能量，以至和空气分子碰撞时，能使后者电离成带电粒子。这些新的带电粒子与其
3、它空气分子相碰，又能产生新的带电粒子。这样产生了大量的带电粒子。与尖端上电荷异号的带电粒子受尖端电荷的吸引，飞向尖端，与尖端上的电荷中和掉；与尖端上电荷同号的带电粒子受到排斥而从尖端附近飞开。就好像尖端上的电荷被“喷射”出来放掉一样，所以叫尖端放电。,带电导体尖端附近电场最强,带电导体尖端附近的电场特别大，可使尖端附近的空气发生电离而成为导体产生放电现象，即尖端放电 .,尖端放电会损耗电能, 还会干扰精密测量和对通讯产生危害 . 然而尖端放电也有很广泛的应用 .,尖端放电现象,尖端放电现象的利与弊,尖端放电现象的利用,2、空腔导体,1）腔内无带电体,纵剖面,(导体中场强为零，净电荷密度为零，导
4、体为等势体。）,结论 电荷分布在外表面上（内表面无电荷）,结论 当空腔内有电荷 时,内表面因静电感应出现等值异号的电荷 ，外表面有感应电荷 （电荷守恒）,三、静电屏蔽,静电是很普遍的现象，20世纪的今天，电子仪器也是很普遍的。,四、有导体存在时的静电场场强和电势的计算,电荷守恒定律静电平衡特点,空腔导体可以屏蔽外电场, 使空腔内物体不受外电场影响.这时,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等.,接地空腔导体将使外部空间不受空腔内的电场影响.,接地导体电势为零,例1、在带电量为 、半径为R1的导体球外，同心放置一个内外半径为R2、R3的金属球壳。 1、求外球壳上电荷及电势分布； 2、把外球接地后再
5、绝缘，求外球上的电荷分布及球壳 内外 的电势分布； 3、再把内球接地，求内球上的电荷分布及球壳的电 势。,解1、作高斯面可知：,由电荷守恒定律：,1、求电势分布：(用叠加原理）,2、外球接地后再绝缘：,电势分布：,3、再把内球接地：,电荷重新分布：,由高斯定律：,由电荷守恒定律：,又因内球接地，电势为零,三式解得：,球壳内表面的电势：,（还有一种方法：先用高 斯定理求场强再积分）,例2 两块可视为无限大的导体平板A、B，平行放置，间距为d，板面为S。分别带电QA、QB。且均为正值。求两板各表面上的电荷面密度及两板间的电势差。,作高斯面S,导体内场强为零，为场中所有电荷共同叠加的结果。,解以上四
6、式得,电压：在AB之间,产生的场强抵消，,产生的场强相加，,故：,若QA=-QB0,这时电场只集中在两板之间。,若用一根导线把AB板的内侧连接，则电荷分布:,若断开导线，B板接地，则电荷分布为：,B板外侧的正电荷被中和掉，,A板带正电荷转移到内侧，相应在B板内侧感应出等量异号电荷,例3 一块可视为无限大的导体平板A，板面为S。带电QA。且为正值。求空间电势分布。,解 取导体板的电势为零。板两侧的电场为,P点的电势为：,二、电介质的极化模型（电偶极子模型）,一、导体和电介质的区别：,（2）在电场中，导体会因静电感应 ，介质会极化 。,（1）有无自由电荷。,对于不同介质，分子结构不同，分为两类：,
7、1）无极分子电介质-正负电荷作用中心重合的 分子。如H2、N2、O2、CO2,2）有极分子电介质-正负电荷作用中心不重合的分子。如H2O、CO、SO2、NH3,有极分子对外影响等效为一个电偶极子，电矩,无极分子的位移极化,10 位移极化是分子的等效正负电荷作用中心 在电场作用下发生相对位移的现象。,20 均匀介质极化时在介质表面出现极化电荷， 而非均匀介质极化时，介质的表面及内部 均可出现极化电荷。,有极分子的转向（取向）极化,10 由于分子电矩在外场作用下趋向于与外场一致取向极化。,20 外场越大，电矩趋于外场方向一致性越好，电矩的矢量和也越大。,综述：,1）不管是位移极化还是取向极化，其最
8、后的宏观效果都是产生了极化电荷。,2）两种极化都是外场越强，极化越厉害所产生的分子电矩的矢量和也越大。,定义：介质中某一点的电极化强度矢量等于这 一点处单位体积的分子电矩的矢量和。,三 电极化强度,含义：描述介质在电场中各点的极化状态,单位：,宏观无限小微观无限大,表面极化电荷面密度,实验表明：在各向同性介质，电场不太强,证：,电介质击穿：,四、电介质中的电场强度,电介质的相对介电常数,五、有介质存在时的环流定理和高斯定理,（1）环流定理：,（2）高斯定理：,电位移矢量,普通形式的高斯定理,电位移通量,注：1） 与电介质（ ）有关，而 与电介质无关。,2） 线与所有电荷有关，从正电荷出发终止与 负电荷。,线与自由电荷有关，从自由正电荷出发终止与自由负电荷。,E线,D线,六、,例 金属球（R，Q）周围被电介质 充满，求电场分布和电势分布,解：金属球所带电荷均匀分布在外表面上，束缚电荷也具有球对称分布，产生的电场和电势也具有球对称。,(1)由高斯定理：,(2)由电势定义式：,
