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物理第15章静电场中的导体和电介质电容和电容器

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1、一静电感应静电平衡条件,第15章静电场中的导体和电介质电容和电容器,当导体内电场强度为零时，导体上任何部分都没有电荷的定向运动，这种状态称为静电平衡。,静电平衡条件：,（1）导体内部电场强度处处为零；（2）导体表面处的电场强度的方向,都与导体表面垂直.,导体内部和表面各点的电势相等,导体表面是等势面,二、静电平衡时导体的电学性质,1、导体是等势体,表面：,2、导体内无净电荷，电荷只分布于导体外表面上,结论导体内部无净电荷,1）实心导体,2）空腔导体,空腔内无电荷,结论电荷分布在外表面上（内表面无电荷）,空腔内有电荷,电荷分布在表面上,内表面上有电荷吗？,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）。,为表面电荷面密度,作钱币形高斯面 S,3、导体表面附近的电场强度与电荷面密度的关系,表面电场强度的大小与该表面电荷面密度成正比,4、导体表面的电荷面密度与表面曲率半径成反比,实验表明：导体表面电荷分布与导体形状以及周围环境有关。孤立带电导体曲率半径小处较大,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

2、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：,2、避雷针、电子点火器,3、静电除尘 4、静电分离 5、静电喷涂,1、电风实验,三静电屏蔽,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.,2 屏蔽腔内电场,例子：电子仪器、屏蔽服,一个接地的空腔导体可以隔离内外静电场的影响，这称为静电屏蔽。,讨论：,有一个金属球A带电荷+q，试问：,（1）将一个原来不带电的金属球壳B，同心地罩在球A外面时，球壳B的内外表面上将各带何种电荷？所带电荷各是多少？,（2）若将A和B用导线连结起来，球A和球壳B上的电荷将如何分布？,（3）若球壳B原来带电荷-q，（1）的结论会有什么变化？（2）的结论又如何？,（内：负电荷-q；外：正电荷+q）,（A和B的内表面上所带电荷中和，B外带正电荷+q）,(B的内表面将带-q，外表面不带电；A、B相连后，A、B

3、所带电荷中和，全不带电）,2、电容器的电容：,被介质分开的两个相距很近的导体组成的系统。可以用来储存电荷和电能。,（平行板电容器、共轴圆柱形电容器、同心球壳形电容器）,1、电容器：,四电容器,单位：法拉（F）,微法：,皮法：,3.电容器的串联和并联,(1) 电容器的并联,(2) 电容器的串联,1 平板电容器的电容,（2）两带电平板间的电场强度,（1）设两导体板分别带电,（3）两带电平板间的电势差,（4）平板电容器电容,五电容器电容的计算,电容器电容的计算,步骤：,2 球形电容器的电容（两球壳间为真空）,球形电容器是由半径分别为和的两同心金属球壳所组成,设内球带正电（），外球带负电（）,*,3 圆柱形电容器的电容（充满均匀电介质）,（3）,（2）,（4）电容,电容的大小仅与导体的形状、相对位置、其间的电介质有关. 与所带电荷量，电势差无关.,单位长度的电容,解设两金属线的电荷线密度为,例612 两半径为的平行长直导线中心间距为，且 , 求单位长度的电容 .,六电容器的储能公式,电容器贮存的电能,电容器贮存的电能,使用电容器时不能超过电介质的耐压值,七电场的能量,电场空间所存储的能量,物理意义电场是一种物质，它具有能量.,电场能量密度,均匀电场电场能量密度,解,例614 两同轴圆柱形电容器，中间充满介电常数为的均匀电介质。求（1）当这两柱面分别带电+Q和-Q时，两柱面间的电场能；（2）由能量关系推算该电容器的电容。,因为：,练习如图所示,球形电容器的内、外半径分别为和，所带电荷为若在两球壳间充以电容率为的电介质，问此电容器贮存的电场能量为多少？,解,（球形电容器电容）,（1）,（2）,（孤立导体球贮存的能量）,平行板电容器有两层介质，介电常数分别为,求（1）两极板间的电势差；,荷密度为,（2）此电容器的电容.,

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