第8章 静电场中的导体和电介质 1
98页1、,第八章 静电场中的导体和电介质,本章研究电场和导体、电介质的相互作用,8.1 静电场中的导体(金属导体),8.1.1、 导体静电平衡的条件,物质按电学性质分类 ,导体 、绝缘体 (电介质 ) 、 半导体,1. 静电感应现象:,导体在外电场中其自由电荷重布的现象.,2. 静电平衡特征:,导体内部及表面没有电子的宏观移动.,导体的静电感应过程,无外电场时,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,+,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,+,+,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,+,+,+,+,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,+,+,+,+,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,+,+,+,+,+,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,+,+,+,+,+,+,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,+,+,+,+,+,+,+,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,+,+,+,+,+,+,+,+,导体的静电感应过程,+,加上外电场后,E
2、,外,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,E,+,+,+,+,+,+,+,+,+,E,外,E,感,+,=,=,内,0,导体达到静平衡,E,外,E,感,3导体静电平衡时的性质,导体内:,导体表面:,证明:,电荷只分布在表面,导体内部没有净电荷.,1. 实心导体,证明:在导体内任取高斯面S :,电荷分布在导体表面,8.1.2、静电平衡时导体上的电荷分布,2. 空腔导体,(1)腔内无带电体:,空腔中无其它带电体,则电荷分布在外表面.,证明:绕空腔取高斯面S :,即空腔内表面上无净电荷.,腔内表面也没有等量异号电荷.反证法证明:,与导体是一等势体矛盾.,(2) 腔内有带电体+q :,腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带的电量等量异号,腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定。,1、导体内部无净电荷。,2、空腔导体带电荷Q,腔内无电荷,导体的电荷只能分布在外表面。,导体的内表面电荷-q,外表面电荷Q+q(导体内没有净电荷),-q,+q,腔内有电荷q ,,小结: 静电平衡导体的电荷分布,3、导体的表面附近场强,由高斯定理可证明,证明:,由高斯定理,孤立导体面电荷分布,表面曲率越大,面电荷密度越大
3、。,尖端放电现象,电晕现象产生电能的浪费、产生杂散的电磁波、引起火灾等。,焊接:,经验告诉我们:毛刺越多,质量就越刺毛,避雷针,2导体静电平衡时的性质,回顾,电荷:,1)导体内部无处处无未抵消的净电荷存在,电荷只分布在导体表面。,3)对孤立导体,导体表面曲率越大的地方,电荷密度越大,电场强度也越大,反之越小。,例1 两个半径分别为R1和R2的球形导体(R1R2),用一根很长的细导线连接起来(如图),使这个导体组带电,电势为V,求两球表面电荷面密度与曲率的关系。,曲率大处(尖、凸),电荷面密度大.曲率小处(平、凹),电荷面密度小.,解:,即:,将两相距足够远的导体球用导线连接,则:,8.1.3.静电屏蔽,接地封闭导体壳(或金属丝网)外部的场 不受壳内电荷的影响。,封闭导体壳(不论接地与否)内部的电场 不受外电场的影响;,防静电屏蔽袋,屏蔽线,高压电防护服,高压作业,电荷分布,例1,放入导体板B,已知:导体板A:S,Q,求:A、B上的电荷分布及空间的电场分布,将B板接地,求电荷分布,点,点,板,板,解方程得:,电荷分布,场强分布,两板之间,板左侧,板右侧,将B板接地,求电荷及场强分布,点,
4、点,板,接地时,电荷分布,场强分布,电荷分布,两板之间,两板之外,例2)一无限大带等量异性电荷平行金属板,相距为d,电荷密度度为,若在其中插入一厚d/3的平行金属板,板间电压变化多少?,解:未插入前电压,插入金属板后:,由高斯定理:,电压降低了1/3,电压降低 的原因是什么?,例3.,已知:,求 电荷及场强分布;球心的电势,如用导线连接A、B,再作计算,解:,由高斯定理得,电荷分布,场强分布,球心的电势,球壳外表面带电,用导线连接A、B,再作计算,电荷守恒:,例4、空腔导体外有点电荷q,求:, 感应电荷在O处的, 空腔接地,求感应电荷的总量.,已知:, 腔内任一点的,解:,求感应电荷在O处的,感应电荷在O处的电势:,球壳电势:,由电势叠加原理:,导体为等势体:,腔内任一点:,求腔内任一点的, 空腔接地,求感应电荷的总量,例5、在带电量为 q 、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势。,解1、作高斯面可知:,由电守恒定
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