第 12 章 导体电学.ppt

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1、第12章导体电学理论基础为静电场的高斯定理与环流定理静电场与物质的相互作用问题：（1）物质在静电场中要受到电场的作用，表现出宏观电学性质；（2）物质的电学行为也会影响电场分布，最后达到静电平衡状态。引言导体***物质分类***导体、电介质和半导体与静电场作用的物理机制各不相同。绝缘体半导体导体内存在大量的自由电子（在晶格离子的正电背景下）导体电中性与带电、自由电子的热运动等与导体相对，绝缘体内没有可自由移动的电子——称电介质本章讨论金属导体半导体内有少量的可自由移动的电荷第12章导体电学§12.1导

2、体的静电平衡性质§12.2导体空腔§12.3电容器及电容§12.4传导电流§12.5电源及稳恒电流§12.1导体的静电平衡性质静电感应：在外电场作用下，导体内自由电子有宏观移动，导体表面出现宏观电荷分布的现象。一、导体的静电平衡状态静电平衡：当导体内部和表面都没有宏观的电荷移动时，导体处于静电平衡。此时，感应电荷产生的附加电场与外加电场在导体内部相抵消。-F-+++++----二、导体的静电平衡条件（2）导体表面外的场强垂直于导体的表面。否则，自由电子将继续沿表面宏观移动。（1）导体内部，场强处处为

3、零。否则，自由电子将继续有宏观移动。-处于静电平衡时，导体上各点电势相等；在导体上任意两点间的电势差为：三、导体的电势导体成为等势体，导体表面成为等势面。1.电荷只分布在导体表面上，导体内部处处不带电在导体内任取一高斯面S，由高斯定理：高斯面为任意四、导体上电荷的分布导体内部没有净电荷，电荷只能分布在导体表面。++++++++++++++++++++（导体内部）导体2.导体表面电荷与导体表面外侧电场的关系设导体表面上的电荷面密度和表面外侧电场强度如图所示对如图所示高斯面，应用高斯定理：（1）在导体

4、表面曲率为正值且较大的地方电荷面密度较大，3.静电平衡下的孤立导体实验研究导体电荷的定性分布：其表面处面电荷密度与该表面曲率有关（如图）（2）在曲率较小部分电荷面密度较小当表面凹进时，曲率为负值，电荷面密度更小。五、尖端放电、电晕、静电除尘--++**导体与静电场相互作用问题计算基本原则**导体静电平衡的条件静电场基本方程电荷守恒定律[例题12-1]两块近距离放置的导体平板，面积均为S，分别带电q1和q2。求平板上的电荷分布。解：q1q2BA由静电平衡条件，导体板内没有电场2341电荷守恒

5、：END特例：当两平板带等量的相反电荷时，电荷只分布在两个平板的内表面！由此可知：两平板外侧电场强度为零，内侧——这就是平板电容器。q1q2BA2341§12.2导体空腔包括：（1）导体空腔上的电荷分布特征（2）空间电场分布特征本节讨论如图所示有空腔的导体与静电场的相互作用问题。.S一、腔内无电荷分布内表面没有宏观电荷分布，电荷只能分布在外表面在导体壳内紧贴内表面作高斯面S若内表面有一部分是正电荷，一部分是负电荷分布，则不可能静电平衡。*静电平衡条件下，导体内部电场强度为零。++++++++

6、++++++++++即或说，腔内电势处处相等。腔内无电场证明：在导体腔内任选一等势面为高斯面S，利用高斯定理：S二、腔内有电荷分布（q和腔体带电Q)电荷分布用高斯定理可以证明！腔内的电场由q和腔内表面的感应电荷-q共同决定，与腔内电荷位置、腔体的几何结构有关。导体腔外部电场由外表面电荷分布确定；与腔内电荷及腔内表面感应电荷无关。由唯一性定理和平衡条件可以证明上述及下述结论。电荷守恒定律！（2）（1）------------------++++++++++++++++++（1）空腔导体起到屏蔽外电场

7、的作用。根据导体腔的电学性质；可以利用空腔导体对腔内、外进行静电隔离。------三、静电屏蔽的装置仪器+++++++++++++（2）接地的空腔导体可以屏蔽内、外电场的影响。---------------------++++++++++++++++++仪器++++++++++++++++++三、静电屏蔽的装置根据导体腔的电学性质；可以利用空腔导体对腔内、外进行静电隔离。[例题12-2]金属球A与金属球壳B同心放置。已知球A半径为R1，带电为q，金属壳B内外半径分别为R2，R3，带电为Q。求：（1)

8、系统的电荷分布（2)空间电势分布及球A和壳B的电势。解：（1）静电平衡时，导体（净）电荷只能分布在导体表面上。球A的电量只可能在球的表面。壳B有两个表面，电量分布在内、外两个表面。由于A、B对称中心重合，电荷及场分布应该对该中心是球对称。电荷在导体表面均匀分布球A的电量只可能在球的表面。壳B有两个表面，电量分布在内、外两个表面。由于A、B对称中心重合，电荷及场分布应该对该中心是球对称。电荷在导体表面均匀分布++++++++++++--------++++++++按照高