静电场中的导体.pptx

《静电场中的导体.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《静电场中的导体.pptx（36页珍藏版）》请在知学网上搜索。

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,第十三章,静电场中的导体和介质,本章讨论：电场与物质的相互作用,(,影响,),静电场中导体,电容器,*,电介质,*,有介质时的高斯定理,电场的能量,主要内容有：,01,半导体 semiconductor,02,带电性质介于上述两者之间,03,导体 conductor,04,导体中存在大量的可自由移动的电荷,05,绝缘体也称电介质 dielectric,06,理论上认为电介质中一个自由移动的电荷也没有,07,例如：各种金属、电解质溶液,08,例如：云母、胶木等,13.1 静电场中的导体,3,1,、静电感应 导体的静电平衡,一、导体的静电平衡及其条件,+,+,+,+,+,+,+,+,+,静电感应,在静电场力作用下，导体中电荷重新分布的现象,感应电荷,1、静电感应 导体的静电平衡,4,+,+,+,+,+,+,自由电子在导体内,作不停的热运动,若导体无外加电荷,或受外电场作用,自由电子,分布均匀,导体整体不显电性,若施以,外电场,E,0,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,静电感应所产生的,感应电荷产生一个,附加电场,E,E,导体内合电场为,+,E,E,0,E,E,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,E,0,E,E,导体内有大量自由电子。

,1、静电感应 导体的静电平衡,5,导体内有大量自由电子,若施以,外电场,E,0,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,静电感应所产生的,感生电荷产生一个,附加电场,E,E,导体内合电场为,+,E,E,0,E,E,导体内合电场为,+,E,E,0,E,E,静电平衡,+,E,E,0,E,E,0,导体达到,导体内合电场,当,E,0,E,E,时,自由电子停止定向漂移,自由电子不断漂移,附加电场不断增大,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,E,0,E,E,+,+,+,+,+,+,E,0,+,+,+,+,+,+,+,+,导体内电场强度,外电场强度,感应电荷电场强度,导体的静电平衡的条件：,1,）导体内部的场强处处为零；,2,）导体表面附近处的场强,处处垂直于导体表面,导体内,E,0,1,）导体的整体成为等势体,2,）导体的表面成为等势面,用场强表述：,用电势表述：,导体的静电平衡：在电场中，导体的内部和表面都没有电荷的定向移动,导体内,8,证明：,等势面,等势体,导体表面,二、静电平衡下导体上的电荷分布,9,1.,实心导体,导体上的电荷分布决定于静电平衡条件和静电场的基本性质。

,这类问题属于电场与电荷分布的关系，那么当然应用相应的定理,高斯定理,设导体达到静电平衡,在导体内任取一高斯面,10,由静电平衡,得,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,导体内没有净电荷，导体所带的电荷只能分布在导体表面上,由高斯面的任意性，只要在导体内部，上述结果都满足,结论：,2.空腔导体,11,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,在空腔内作如图所示高斯面：,高斯面一直紧缩到空腔表面，这结论都成立,导体内部,其电荷只能分布在,12,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,导体的外表面,成立,(,),s,+,+,+,与静电平衡时,导体为等势体,相矛盾,排除,此可能性,(,),所以电荷只能分布在外表面,2.空腔导体,13,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,若已知导体带电,Q,，腔内有电荷,q,，那么电荷又如何分布呢？,空腔表面有,-,q,分布,按静电感应，外表面分布电荷为,Q,+,q,腔体内表面所带的电量和腔内电荷电量等量异号，,腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定,导体内部,在表面附近作钱币形高斯面,1.,导体外部近表面处场强大小与该处导体表面电荷面密度,成正比,三、导体表面电荷分布与场强的关系,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,作钱币形高斯面,S,s,E,2.孤立导体表面上的电荷分布,15,孤立导体表面各处的面电荷密度与各处表面的曲率有关，曲率越大的地方，面电荷密度越大。

,曲率较大，表面,尖而凸出部分,，电荷面密度较大,曲率较小，表面,比较平坦部分,，电荷面密度较小,曲率为负，表面,凹进去的部分,，电荷面密度最小,尖端放电现象,16,01,02,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,尖端放电现象的利与弊:,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,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,尖端放电现象的利用,四.静电屏蔽,18,空腔导体屏蔽外电场,外电场,1.屏蔽外电场,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处处相等,2.屏蔽腔内电场：,19,接地空腔导体将使外部空间不受空腔内的电场影响,问：空间各部分的电场强度如何分布？,接地导体电势为零,+,+,+,+,+,+,+,+,01,04,02,03,例如：为了使一些精密的电磁测量仪器不受外界电场的干扰，通常在仪器外面加上金属罩实际上金属外壳不一定要严格封闭，甚至用金属网作成的外罩就能起到相当好的屏蔽作用,有时要使一个带电体不影响外界，这时可以把这带电体放在接地的金属壳或金属网内。

,综上所述，空腔导体（无论接地与否）将使腔内空间不受外电场的影响；而接地导体空腔将使外部空间不受腔内电场的影响这就是空腔导体的静电屏蔽作用,静电屏蔽的应用：,腔内的点电荷在球心或者不在球心时，外表面的电荷分布不受影响,外表面上的电荷分布与无空腔的实心导体的相同,五、有导体存在时静电场的计算,22,高斯定理：,静电平衡的条件：,基本出发点,电荷守恒定律：,当导体达到静电平衡时，上面的电荷分布是一定的关键是把电荷分布搞清楚,S,S,例题 两块平行放置的面积为,S,的金属板，各带电量,Q,1,、,Q,2,板距与板的线度相比很小求：,若把第二块金属板接地，以上结果如何？,E,I,E,II,E,III,Q,1,Q,2,静电平衡时,金属板电荷的分布和周围电场的分布,电荷守恒,24,E,I,E,II,E,III,Q,1,Q,2,解：,高斯定理,静电平衡条件：,导体内部的场强为零,P,1,P,2,解得：,电场分布：,25,E,I,E,II,E,III,Q,1,Q,2,P,1,P,2,若,Q,1,Q,2,，但,B,板接地此时,B,板上电荷守恒条件不满足了，但,B,板电势为零，则,B,板右侧上应没有电荷分布，只在与,A,板相对的一面,(,左侧,),保留与,A,板等量异号电荷，见右下图。

,Q,1,S,Q,1,S,-,0,0,+,-,27,E,I,E,II,E,III,Q,1,Q,2,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：,P,板上任意,a,点场强为零，这是空间所有分布电荷电场在此点叠加的结果,解：,28,例题 如图已知同心球形导体装置的,R,1,、,R,2,、,R,3,、,q,、,Q,求：电荷及场强分布；球心的电势,电荷分布为：,由高斯定理得场强分布,球心的电势,29,由电势叠加原理,另解：,电势分布:,30,若用导线连接A、B，再作计算,31,q 向外转移,连接A、B，,球壳外表面带电,中和,32,例题 如图，已知,q,、,l,、,R,，求接地导体球,上感应电荷,解：,由,U,o,=0,，即,得,o,点电势为零是所有空间电荷在此点电势叠加的结果！,设壳上感应电荷为,例题 已知,q,、,R,1,、,R,2,，内导体球壳接地，求感应电荷,解：,得,o,点电势为零是所有空间电荷在此点电势叠加的结果！,设壳上感应电荷为,34,例题 在带电量为 、半径为,R,1,的导体球壳外，同心放置一个内外半径为,R,2,、,R,3,的金属球壳求：,1,、求外球壳上电荷及电势分布；,2,、把外球接地后再绝缘，求外球上的电荷分布及球壳内外 的电势分布；,解,1,、,1,、求电势分布（用叠加原理）,电势分布：,2、外球接地后再绝缘：,。