静电场的导体和电介质

《静电场的导体和电介质》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第十八章静电场中的导体和电介质陈丽娟理学院电话：18998388500ljchen@scut.edu.cn本章教学要求：了解导体的静电平衡条件。了解介质的极化现象及其微观解释。了解各向同性介质中D和E之间的关系和区别。了解介质中的高斯定理,了解电容,了解电能密度的概念。本章重点：导体的静电平衡条件,导体表面附近的场强，各向同性介质中D和E之间的关系和区别。本章难点：介质的极化，介质中D和E之间的关系推导。一.本章研究的问题静电场场量基本性质方程本章讨论：电场与物质的相互作用(影响)二.导体绝缘体1.导体存在大量的可自由移动的电荷cond

2、uctor2.绝缘体理论上认为一个自由移动的电荷也没有也称电介质dielectric3.半导体介于上述两者之间semiconductor本章讨论金属导体和电介质对场的影响一.导体的静电平衡状态及条件1.静电平衡electrostaticequilibrium导体内部和表面无自由电荷的定向移动，说导体处于静电平衡状态。2.导体静电平衡的条件§1静电场中的导体3.导体静电平衡的性质1)导体是等势体，表面是等势面证：在导体上任取两点导体等势是导体体内电场强度处处为零的必然结果静电平衡条件的另一种表述和2)导体表面的场强处处与表面垂直。+++-

3、-----QQ+++++Q二.静电平衡时导体上的电荷分布1）实心导体导体内部净电荷为零，电荷只分布在导体表面，且总量不变。-+-++-S证明：在导体内作一高斯面SS2）导体内有空腔A）腔内无带电体特点：1）空腔内表面和导体内部没有净电荷，电荷只分布在导体外表面。2）空腔内部场强为零，为一等势空间。纵剖面(导体中场强为零，净电荷密度为零，导体为等势体。）---+++---+++++++++++++B）腔内有带电体（设内部电荷为q，空腔导体原来带电Q）结论：静电平衡时，导体内表面带电-q，外球带电q+Q。证明：作高斯面SS+q-------

4、-++++++++++S+q--------导体外壳接地,外表面无电荷.3）电荷在导体表面的分布对于孤立的带电体，导体表面的电荷分布规律为：尖锐处,曲率大处面电荷密度大平缓处,曲率小处面电荷密度小尖端放电孤立带电导体球孤立导体4)导体表面附近的场强导体++++++++++++紧贴导体表面作一圆柱形高斯面。写作+++++++++++++++++++在带电尖端附近，电离的分子与周围分子碰撞，使周围的分子处于激发态发光而产生电晕现象。尖端放电与避雷针原理荧光质导电膜+高压场离子显微镜(FIM)金属尖端的强电场的应用一例接真空泵或充氦气设备金

5、属尖端接地原理：样品制成针尖形状，针尖与荧光膜之间加高压，样品附近极强的电场使吸附在表面的原子电离，氦离子沿电力线运动，撞击荧光膜引起发光，从而获得样品表面的图象。三.静电屏蔽1.静电屏蔽原理静电屏蔽：腔内、腔外的场互不影响腔内场只与内部带电量及内部几何条件及介质有关腔外场只由外部带电量和外部几何条件及介质决定2.静电屏蔽的应用1）测试用的屏蔽室2）无线电电路中的屏蔽罩、屏蔽线、高压带电作业中的均压服。3）变压器中的屏蔽层。初级次级四.有导体存在时静电场场量的计算原则:1.静电平衡的条件2.基本性质方程3.电荷守恒定律例1无限大的带电平

6、面的场中平行放置一无限大金属平板求：金属板两面电荷面密度解:设金属板面电荷密度由对称性和电量守恒导体体内任一点P场强为零例2金属球A与金属球壳B同心放置求:1)电量分布已知：球A半径为带电为金属壳B内外半径分别为带电为2)球A和壳B的电势和解：1)导体带电在表面球A的电量只可能在球的表面壳B有两个表面电量可能分布在内、外两个表面由于AB同心放置仍维持球对称电量在表面均匀分布球A均匀分布着电量由高斯定理和电量守恒可以证明壳B的电量分布是相当于均匀带电的球面相当于一个均匀带电的球面证明壳B上电量的分布：在B内紧贴内表面作高斯面面

7、S的电通量高斯定理电荷守恒定律等效:在真空中三个均匀带电的球面利用叠加原理例3接地导体球附近有一点电荷,如图所示。求:导体上感应电荷的电量解:接地即设:感应电量为由导体是个等势体o点的电势为0则§2静电场中的介质介质中高斯定理一.电介质的分类+-+-有极分子polarmolecules无极分子non~无外场时：有极分子无极分子+二.电介质的极化过程电中性热运动---紊乱2.有电场时有极分子介质均匀位移极化displacement~边缘出现电荷分布无极分子介质称极化电荷或称束缚电荷Polarizationchargesboundcharg

8、es取向极化(orientationpolarization)共同效果1.无电场时3.极化电荷产生的场（退极化场）cba三.电极化强度矢量1.电偶极子排列的有序程度反映了介质被极化的程度排列愈有序说明极化愈