第11,12,13章7.5静电场中的导体03版.ppt

静电感应：在电场力作用下，导体中自由电子作宏观定向运动，使电荷产生重新分布的现象1.金属导体与电场的相互作用-静电感应现象,无外场时：无规运动,§12-1 静电场中的导体,一、导体的静电平衡,静电平衡：,导体内部及表面均无电荷定向运动， 导体上电荷及空间电场分布达到稳定条件：,性质:,导体是等势体 导体表面是等势面2.导体的静电平衡条件,导体上感应电荷将对原来的外加电场施加影响，改变其分布静电感应过程,导体达到静电平衡的过程,感应电荷,感应电荷,,金属球放入前电场为一均匀场,静电感应现象中，电荷分布与电场分布相互影响、相互制约，最终共同达到稳定分布金属球放入后电力线发生弯曲电场为一非均匀场,3.静电平衡下导体上电荷的分布,（1）实心导体 在静电平衡下,导体所带的电荷只能分布在导体的外表面上，内部无净电荷证明：在导体内任取体积元,,由高斯定理,体积元任取,,导体内各处,（2）空腔导体, 空腔内无电荷,总之，导体静电平衡时，电荷只能分布在导体表面！, 空腔有有电荷,空腔内表面和导体中均无净电荷，净电荷只能分布在导体外表面！,在内、外表面分别分布有与腔内电荷电性相反和相同的等量净电荷！,,+q,,4.静电平衡下导体表面场强,矢量式：,为导体表面外法向单位矢量。

在导体表面附近作圆柱形高斯面,静电平衡时，导体外部近表面处场强方向与该处导体表面垂直，大小与该处导体表面电荷面密度e成正比导体球 孤立带电,孤立球体表面电荷均匀分布静电场中的孤立带电体：导体上电荷面密度的大小与该处表面的曲率有关曲率较大，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,二、尖端放电现象,尖端放电现象：,在导体的尖端附近,由于场强很大,当达到一定量值时,空气中原留有的离子在这个电场作用下将发生激烈的运动,并获得足够大的动能与空气分子碰撞而产生大量的离子,其中和导体上电荷异号的离子,被吸收到尖端上,与导体上的电荷相中和,而和导体上电荷同性的离子,则被排斥而离开尖端,作加速运动，这使得空气被“击穿”而产生的放电现象称为尖端放电现象由于尖端放电产生的“电风”,尖端放电原理的应用：,在高压设备中,为了防止因尖端放电而引起的危险和漏电造成的损失, 具有高电压的零部件的表面必须做得十分光滑并尽可能做成球面避雷针：是利用尖端放电使建筑物避免“雷击”的电晕现象,静电喷漆,例1（1）如果人体感应出1μC的电荷，试以最简单的模型估计人体的电势可达多少？ （2）在干燥的天气里，空气的击穿电场强度为3MV/m，当人手指接近门上的金属门把手时可能产生的电火花有多长？,解：,把人体看作半径1m（设人体高度为2m）的球体，于是人的电势为,V,火花放电长度为,mm,放电能量极小，不会对人体构成威胁；但由于电势极高，对微电子元件有极大的危险。

三、空腔导体内外的静电场与静电屏蔽,a. 腔内无带电体：腔外电场不能穿入腔内，腔内电场恒为零b. 腔内有带电体：导体接地，可屏蔽内电场静电屏蔽的应用：,精密电磁仪器金属外罩使仪器免受外电场干扰高压设备金属外罩避免其电场对外界产生影响电磁信号传输线外罩金属丝编制屏蔽层免受外界影响高压带电作业中工人师傅穿的金属丝编制的屏蔽服使其能够安全的实施等电势高压操作法拉第对800千伏火花放电的屏蔽实验,法拉第,例21 在内外半径分别为R1和R2的导体球壳内，有一个半径为r 的导体小球，小球与球壳同心，让小球与球壳分别带上电荷量q和Q试求：（1）小球的电势Vr，球壳内、外表面的电势；（2）小球与球壳的电势差；（3）若球壳接地，再求小球与球壳的电势差解：由对称性可以肯定，小球表面上和球壳内外表面上的电荷分布是均匀的小球上的电荷q将在球壳的内外表面上感应出-q和＋q的电荷，而Q只能分布在球壳的外表面上，故球壳外表面上的总电荷量为q+Q1）小球和球壳内外表面的电势分别为,球壳内外表面的电势相等2）两球的电势差为,（3）若外球壳接地，则球壳外表面上的电荷消失由结果可以看出，不管外球壳接地与否，两球的电势差恒保持不变。

当q为正值时，小球的电势高于球壳；当q为负值时，小球的电势低于球壳, 与小球在壳内的位置无关，如果两球用导线相连或小球与球壳相接触，则不论q是正是负，也不管球壳是否带电，电荷q总是全部迁移到球壳的外边面上，直到Vr-VR=0为止。