大学物理-第3章 静电场中的导体
54页1、1,第三章 静电场中的导体,2,工人正在带电检修高压输电线路。,3,本章目录,导体的静电平衡条件 处于静电平衡下导体电荷的分布 静电屏蔽 静电的应用,4,教学要求,了解导体的内部结构,掌握导体的静电感应现象及其静电平衡条件; 运用静电平衡条件分析导体在静电场中的电荷、场强、电势的分布问题; 掌握静电屏蔽的原理及其应用; 了解静电在生产生活中的其他应用。,5,物质按照电学性质分类: 导体、半导体、电介质(绝缘体) 1)导体(conductorkndkt ) 导电能力极强的物体 (存在大量可自由移动的电荷,其中金属导体的自由电荷是自由电子) 2)绝缘体(电介质, dielectric,dalektrk ) 导电能力极弱或不能导电的物体 3)半导体(semiconductor,semkndkt ) 导电能力介于上述两者之间的物体,6,3.1 导体的静电平衡条件(electrostatic equilibrium),3.1.1 静电感应现象 静电平衡 1.金属导体的结构特征 由带正电的晶体点阵和可以在导体中移动的自由电子组成。 在没有外电场时,自由电子处于自由热运动中,金属导体内部的正、负电荷
2、均匀分布,呈电中性。,lektr()sttk,ikwlbrm,7,当金属导体处于外电场中时,这种电中性的状态将被打破!,8,导体内电荷在外电场作用下重新分布的现象,2. 静电感应现象,+,无外电场时:自由电子无序分布,3.静电感应过程,导体达到静电平衡,19,导体进入外电场后,自由电子将在电场力的作用下定向运动,从而在左、右两端分别出现富余的负、正电荷,称为感应电荷。 感应电荷建立起附加电场 E感,导体中的总电场为 E=E0+E感。 如果 E0 E感,则自由电子将继续定向移动,感应电荷增加,附加电场加强;直到 称导体达到了静电平衡状态。,3.1.2 导体的静电平衡条件 1 静电平衡状态,20,导体内部任一点的电场强度都为零。 (导体内无电力线,内部场强处处为零),静电平衡状态: 导体内部和表面都无电荷的定向移动的状态。 (导体上电荷及空间电场分布达到稳定),导体处于静电平衡状态的条件为:,导体表面任一点的电场强度都与导体表面垂 直。,21,2.导体在静电平衡状态下 的一些特殊性质,导体是等势体,导体表面是等势面。 在导体内部任取两点P和Q,它们之间的电势差可以表示为 导体表面的电场强度
3、方向与导体的表面相垂直。 导体上感应电荷对原来的外加电场施加影响,改变其分布。,22,金属球放入前电场为一匀强电场,23,金属球放入后电力线发生弯曲电场为一非均匀场,24,例题3-1:一个点电荷带正电荷+Q ,置于不带电导体球外P 点,求导体上所有感应电荷在导体内a点处产生的电场 。,+Q P,a,+,+,+,+,+,+,(已知 P 与 a 相距 s ),25,3.2 处于静电平衡下导体电荷 的分布,1.实心导体的情况:,结论:导体内部无净余电荷, 电荷只分布在导体表面.,26,2.空腔导体的情况:,空腔内无电荷,高斯面上任一点的场强为零,则在空腔内表面无净电荷。,空腔内有带电体q时,空腔内表面感应电荷为-q,导体外表面感应电荷为q。,27,例题3-2有一无限大带电平面,其电荷面密度为 0 。在它形成的电场中平行放置一无限大金属平板。求:金属板两个表面的电荷面密度?,(1),导体内场强为零(三层电荷产生),(2),(3),联立(1)、(3)可得:,解:带电平面面电荷密度0 ,导体两面感应电荷面密度分别为1 和 2,由电荷守恒有,28,例题3-3 半径为R 的孤立金属球接地,与球心相距l
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