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1、7-5 静电场中的导体,静电平衡,静电屏蔽,静电感应,现象与思考,现象与思考,1.在高压输电线的周围存在着极强的电场，当人体与它接近到一定距离时，很容易发生触电事故，甚至瞬间即可失去生命。,2.可是，在高压输电线路和设备的维护与检修工作中，工作人员只要穿上由金属丝编成的工作服，在不停电的情况下，就可以自由安全地操作。,3.通过本节的学习，可以帮助你破解其中的奥秘。,一、静电平衡,1.导体中静电平衡原理,（1）金属中电子带的负电荷和原子核带的正电荷，通常情况下其电荷量的绝对值是相等的，因而金属导体呈电中性。,（2）在外电场 E0 的作用下，金属中的自由电子会逆电场方向做定向移动，导体两端出现等量
2、异号电荷，在导体内部产生与 E0 方向相反的附加电场 E。,（4）当 E=E0 时，导体内和电场 E=E0-E=0，电荷定向运动停止了，导体两端电荷量不再变化。,（3）在最初一段时间，EE0，E 对电荷定向移动的阻力还比较小，随着导体两端的电荷不断增加，E 也在增大，E对电荷定向移动的阻力越来越大。,2.静电平衡状态,（1）定义,导体上没有自由电荷定向移动的状态称为静电平衡状态。,（2）条件,导体达到静电平衡时必须满足导体内部任意一点的电场强度为零；导体表面各点的电场强度方向和导体表面垂直。,（3）特点,在静电平衡的导体上移动电荷时电场力不做功。,导体上任意两点间电势差必然为零。导体是一个等势
3、题，导体表面是等势面。,（4）应用,地球是一个在静电平衡状态下的大导体，与地球相连的导体都是等势体。在实际工作中，常取与地球相连的导体电势为零。根据这一道理，一些电气设备及家用电器都有接地装置，可以避免触电事故，同时也容易测量各点的电势，及时了解电气设备工作状态是否正常。,（5）带电导体电荷的分布,导体表面上的电荷分布情况，不仅与导体表面形状有关，还和它周围存在的其他带电体有关。,导体上电荷密度的大小与该处表面的曲率有关。,曲率较小，表面比较平坦部分，电荷面密度较小曲率较大，表面尖而凸出部分，电荷面密度较大曲率为负，表面凹进去的部分，电荷面密度最小,这些部位电场极强，容易使周围空气电离，在电场
4、力作用下，带异号电荷的离子会趋向尖端导体，与其上面的电荷中和，而与导体上电荷同号的离子会背离尖端导体运动。这种现象称为尖端放电。,尖端放电实验视频,尖端放电的应用避雷针,雷电发生的时间只有几十微妙（1 s=10-6 s）放电电流却有几万、几十万安培。受雷击的树木、建筑物会起火，受雷击的人会被烧焦。雷电大多发生在高大建筑物和高出地面的山丘、地下有金属矿床处，这些地方要通过安装避雷针加以保护。,如图7.5-1所示。图中 A 是尖端导体（接闪器），B 是较粗的金属导体（引下线），C 是埋在地下的金属板（接地体）。A、B、C 焊成一体。在有雷雨接近地面时，通过避雷针的尖端放电，把电荷引至地下，保护了建
5、筑物。,图 7.5-避雷针,家用燃气灶、燃气热水器的点火就是用压电陶瓷尖端放电完成的。,在另一些实际工作中要避免尖端放电现象的发生，因此高压电器设备采用球型接头，高压输电线表面必须光滑。,二、静电感应,将金属导体放入电场中时，金属的自由电子在电场力作用下，会逆着外电场的地方定向移动，导体两端出现等量异号电荷，这种现象称为静电感应，如图 7.5-5 所示。静电感应是使物体带电的方法之一。,图 7.5-5 静电感应,三、静电屏蔽,将带正电的金属球放到验电器附近，验电器的金属箔片张开一定的角度，观看视频，说明带电金属球的静电感应使金属箔片带电了。,1.实验,带电金属球的静电感应使金属箔片带电(视频)
6、,若将验电器放入金属丝网罩（相当于金属空腔）内，再将带电金属球移近时，箔片不再张开，观看视频，说明感应电荷分布在金属网的外表面，带电金属球的电场对金属网内没有影响，如视频7.5-2静电屏蔽原理。静电屏蔽视频,若把带电金属球放入金属网内，其附近验电器箔片会张开一定角度,如图7.5-6（a），说明网罩内电场对外部有影响。,图 7.5-6（a)静电屏蔽原理,将金属网罩接地，箔片再次闭合图7.5-6（b），说明带电金属球的电场只存在于接地金属网内，对外界无影响。,图7.5-6（b）静电屏蔽原理,一个接地的空腔导体可以隔离内外静电场的影响。这就是静电屏蔽现象。,2.定义,3.应用,实际工作中，校测电子仪器的屏蔽室、通信电缆外面包围的一层金属网、电子仪器某些元件的金属罩、高压电器设备外围的金属栅网都是静电屏蔽的应用。,练习,1.导体处于静电平衡时，其内部任何一点电场强度_,表面任何一点电场强度_。,为零,不为零,2.导体中自由电子没有定向移动的状态称为（）,A.静电感应B.静电平衡,C.静电屏蔽D.静电起电,B,
