Ch11.6静电场中的导体-1

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1、前面我们讨论了真空中的静电场，引入了描述静电场特性的两个基本物理量——电场强度和电势。实际工作中常遇到电场中存在导体和电介质的问题，研究导体和电介质存在时静电场的分布，在电工、无线电等具体问题中有重要意义。研究导体、电介质对静电场的影响，为此，要引入新的物理量──电位移矢量，给出电介质中的静电场方程。此外还要研究电容、电容器、静电场的能量，最后介绍静电场的应用及危害。静电场中的导体和电介质EffectsofConductors(orDielectrics)inElectrostaticField1内容提要●静电场中的导

2、体（AConductorinElectrostaticField）●电容和电容器（Capacitance&Capacitor）●静电场中的电介质（ADielectricinElectrostaticField）●电介质中的高斯定理（Gauss’sLawinDielectric）●静电场的能量（EnergyofElectrostaticField）●静电的危害及其应用（HarmfulnessandApplicationofStaticCharge）静电场中的导体和电介质EffectsofConductors(orDiel

3、ectrics)inElectrostaticField2本章只限于讨论各向同性均匀金属导体，与电场的相互影响。金属导电模型构成导体框架,形状、大小的是那些基本不动的带正电荷的原子实,而自由电子充满整个导体属公有化。无外场作用时,由于热运动,电子在导体中均匀分布,局部区域正负电荷相等,整个导体不显电性。——————————导体带电Q自由电子§11.7静电场中的导体(EffectsofConductorinElectrostaticField)一.静电感应(ElectrostaticInduction)当有外电场或给导体

4、充电，在场与导体的相互作用的过程中，自由电子的重新分布起决定性作用。3各向同性均匀金属导体与电场的相互影响。●金属导电模型◆构成导体框架→原子实◆自由电子→公有化。——————————导体带电Q自由电子静电场中的导体(EffectsofConductorinElectrostaticField)一、静电感应(ElectrostaticInduction)◆外电场（或给导体充电）→自由电子的重新分布4二、静电平衡：ElectrostaticEquilibrium（1）过程：平衡时：导体的静电平衡状态——导体中没有电荷宏观

5、的定向运动施感电荷InducingCharge静电感应感应电荷InducedCharge5②导体内部无净电荷，电荷只分布于外表面，（3）性质：①导体内部与表面电势处处相等—等势体。（否则违背条件①）说明：（A）体内无净电荷：在内部任取高斯面S（2）条件：①导体内②导体表面的场强与表面垂直：（否则，其切向分量使表面q移动非平衡。）6（B).导体的内表面无电荷：设空腔如图，在导体内作高斯面S包围内表面。因那么,内表面是否存在等量异号电荷而使呢？（4).电荷在导体表面的分布：曲率大处密度大曲率小处密度小。静电平衡若A，B

6、处出现等量异号电荷（如图），则必有电场线由A到B，则UA≠UB，这违背等势体性质。SBA7设P点在表面外紧靠ΔS表面。设高斯柱面如图（5).导体表面附近的场强：由及高斯定理得8(6).简单孤立导体电场分布曲率大处密度大E强；曲率小处密度小E弱。→尖端放电注意：非简单时，不成立。例：(7).静电平衡导体对外电场的影响：实心导体9[例题1]如图：两无限大带电平板导体。试证：两式相加，得：两式相减，得：··证明：每个无限大带电面产生的场强大小为。在导体内部选P1，P2两点，由静电平衡，有10设dS之外其余面上的电荷在P点

7、产生的场为，则故注意：此题与导体表面E=/0的区别。[例2]：试证静电平衡时，带电导体表面处单位面积上受到的静电力为。故单位面积受电场力为：解：取面元dS，紧靠dS内侧取一点P，面元dS上的电荷在P点产生的场可近似为无穷大带电平面场，即此即其余面电荷在dS处产生的场，故dS受的电场力为：11注意：腔外q在腔内也激发电场，腔内是因为腔外表面被q感应出异号电荷，感应场与外场叠加后使腔内：（合场强为零）。二、第二类导体空腔————[腔内有带电体]§6—2导体空腔和静电屏蔽ConductorCavity&Electrost

8、aticShielding一、第一类导体空腔——[腔内无带电体]腔内无电场屏蔽（腔内仪器不受外场影响）。导体空腔（1）腔内电场不受外电场影响。（可用高斯定理证明）12（2）腔外表面接地，则外场也不受内场影响。★★导体空腔的静电屏蔽作用：——导体空腔（不论接地与否）内部电场不受腔外电荷的影响；接地导体空腔外部的电场不受内部电荷的影响