电磁学课件—静电场中的导体、电容
35页1、本章内容本章内容9.1 电荷电荷 库仑定律库仑定律9.2 静电场静电场 电场强度电场强度9.3 电通量电通量 高斯定理高斯定理9.4 静电场的环路定理静电场的环路定理 电势能电势能9.5 电势电势 电势差电势差9.6 等势面等势面9.7 静电场中的导体静电场中的导体 电容电容 9.8 电场能量电场能量 9.9 静电场中的电介质静电场中的电介质+一一 静电感应静电感应 静电平衡条件静电平衡条件感应电荷感应电荷 2.2.静电感应:静电感应:导体中自由电子在静电场力的作用下导体中自由电子在静电场力的作用下作宏观定向运动,使电荷重新分布的现象。作宏观定向运动,使电荷重新分布的现象。9.7 静电场中的导体静电场中的导体 chsling 1、金属导体的电结构特征、金属导体的电结构特征具有自由电子具有自由电子 3.3.静电平衡:静电平衡:导体中电荷的宏观定向运动终止,导体中电荷的宏观定向运动终止,电荷分布不随时间改变。电荷分布不随时间改变。+导体内电场强度导体内电场强度外电场强度外电场强度感应电荷电场强度感应电荷电场强度静电平衡的静电平衡的必要条件必要条件 9.7 静电场中的导体静电场中的导体 ch
2、sling+(1 1)导体内部任何一点处的电场强度为零;)导体内部任何一点处的电场强度为零;(2 2)导体表面处的电场强度与导体表面垂直)导体表面处的电场强度与导体表面垂直.导体表面是等势面导体表面是等势面 导体内部电势相等导体内部电势相等v 上述结论与导体上述结论与导体是否带电是否带电及及形状形状无关。无关。静电平衡条件静电平衡条件静静电电平平衡衡导导体体的的电电势势二二 静电平衡时导体上电荷的分布静电平衡时导体上电荷的分布+实心导体实心导体 有空腔导体有空腔导体p 空腔内无电荷空腔内无电荷电荷分布在表面上,电荷分布在表面上,内表面上有电荷吗?内表面上有电荷吗?9.7 静电场中的导体静电场中的导体 chsling 1.内部净电荷为零,电荷分布在表面内部净电荷为零,电荷分布在表面若内表面带电若内表面带电+-内部无电荷的空腔导体内部无电荷的空腔导体电荷分布在外表面上,内表面无电荷。电荷分布在外表面上,内表面无电荷。+矛矛盾盾导体是等势体导体是等势体 9.7 静电场中的导体静电场中的导体 chsling 空腔内有电荷空腔内有电荷 空腔内有电荷空腔内有电荷电荷分布在表面上电荷分布在表面上内表
3、面上有电荷吗?内表面上有电荷吗?结论结论 当空腔内有电荷当空腔内有电荷 时时,内表面因静电感应出内表面因静电感应出现等值异号的电荷现等值异号的电荷 ,外表面有感应电荷外表面有感应电荷 (电荷电荷守恒)守恒)9.7 静电场中的导体静电场中的导体 chsling+为表面电荷面密度为表面电荷面密度 作钱币形高斯面作钱币形高斯面 S S3 3导体表面电场强度与电荷面密度的关系导体表面电场强度与电荷面密度的关系 表面电场强度的大表面电场强度的大小与该表面电荷面密度小与该表面电荷面密度成正比成正比 9.7 静电场中的导体静电场中的导体 chsling+注意注意 导体表面电荷分布与导体形状以及周围环境有关导体表面电荷分布与导体形状以及周围环境有关.4导体表面电荷分布导体表面电荷分布 9.7 静电场中的导体静电场中的导体 chsling 带电导体尖端附近电场最强带电导体尖端附近电场最强 带电导体尖端附近的电场特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,电离而成为导体产生放电现象,即即尖端放电尖端放电.尖端放电会损耗电能尖端放电会损耗电能
4、,还会干扰精密测量和对通还会干扰精密测量和对通讯产生讯产生危害危害.然而尖端放电也有很广泛的然而尖端放电也有很广泛的应用应用.尖端放电现象尖端放电现象尖端放电现象的尖端放电现象的利利与与弊弊 9.7 静电场中的导体静电场中的导体 chsling 三三 静电屏蔽静电屏蔽 1 1屏蔽外电场屏蔽外电场外电场外电场 空腔导体可以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使空腔内物体不受外电场影响场影响.这时这时,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等.空腔导体屏蔽外电场空腔导体屏蔽外电场 9.7 静电场中的导体静电场中的导体 chsling 接地空腔导体接地空腔导体将使外部空间不受将使外部空间不受空腔内的电场影响空腔内的电场影响.问:问:空间各部空间各部分的电场强度如何分的电场强度如何分布分布?接地导体电势为零接地导体电势为零 2 2屏蔽腔内电场屏蔽腔内电场+9.7 静电场中的导体静电场中的导体 chsling 例例1 有一外半径有一外半径 和内半径和内半径 的金属球壳,在球壳内放一半径的金属球壳,在球壳内放一半径 的同心金属的同心金属球,若使球壳
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