第七章-物质与电磁场

《第七章-物质与电磁场》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、１０５第七章物质与电磁场第七章物质与电磁场§7.1导体周围的电场导体的电结构：导体内部存在可发自由移动的电荷，即自由电子。静电平衡状态：导体表面和内部没有电荷定向移动的状态。一、导体的静电平衡条件电场分布（1）导体内部场强处处为零（2）导体表面的场强和导体表面垂直电势分布（3）导体是一个等势体，其表面是一个等势面。二、静电平衡时导体上的电荷分布1、导体内部各处净电荷为零，电荷只分布在导体表面。证明：2、σ与E的关系证明：3、σ与导体表面曲率半径的关系曲率大处，σ大；曲率小处，σ小。证明：１０５第七章物质与电磁场三、静电屏蔽静电屏蔽

2、作用：（1）保护腔内物体不受外电场影响。（2）腔内带电体不影响外办界。1、空腔导体带电特点（1）腔内无带电体时空腔内表面不带电，电荷只分布外表面。（2）腔内有带电体时a）腔内电场由腔内带电体决定。b）导体外电场由由导体表面电荷决定。2、静电屏蔽a）腔内电场不受外电场影响。b）接地空腔导体，腔内电场不影响腔外。【例题１】三个平行金属板A、B和C，面积都是200cm２，A、B相距4.0mm，A、C相距2.0mm，B、C两板都接地，如图所示。如果使A板带正电3.0×１０－７C，略去边缘效应。（1)求B板和C板上的感应电荷各为多少?（2）取地

3、的电位为零，求A板的电位。【解】（1）由图可知，A板上的电荷面密度（1）A板的电位为（2）即所以（3）将(3)式代入(1)式，得（4）由(4)式可求得B板上的感应电荷为同理可得C板上的感应电荷为１０５第七章物质与电磁场（3）由(2)式可求得A板上的电位为１０５第七章物质与电磁场§7.2电介质与电场一、电介质的极化电介质：即绝缘体1、电介质的极化实验：结果：充入介电常为εr>1的电介质后，两极间的电压由V0降至V0/εr分析：加入电介质后，其极板间的电场变化为场强变弱了。电介质的极化：在外电场作用下，电介质表面和内部出现电荷的

4、现象。2、极的微观机制（1）电介质分子的内部结构一个分子可以视为由一个正、负电荷相隔一定距离的电偶极子组成。其电偶极矩为（2）电介质的分类无极分子电介质：分子的正、负电荷中心重合的电价质。有极分子电介质：分子的正、负电荷中心不重合（产生固有电偶极矩）的电介质。（3）极化的微观机制在外电场作用下：无极分子正、负电荷中心发生相对位移，形成电偶极子，产生位移极化。有极分子因有电偶矩沿外电场取向，形成取向极化。二、电介质中的电场1、极化强度矢量（1）定义：１０５第七章物质与电磁场是单位体积内，分子电偶极矩的矢量和，是量度电介质极状态的物理量。

5、单位：C/m2（1）（3）1、电位移矢量：由自由电荷产生。：由束缚电荷产生。：由自由电荷和束缚电荷共同决定。而又决定着，使问题变得复杂化了。定义：电位移矢量则：2、静电场方程3、介质性质方程实验结论：ε0：真空中介电常εr介质中的零星电常εr=ε/εr相对介电常。【例】：半径为R，带电量为q的金属球，浸于相对介电常为εr１０５第七章物质与电磁场的油中。求（1）球外电场分布，（2）极化强度矢矢量，（3）金属球表面油面上的束缚电荷和束缚电荷面密度。【分析】：电介质问题求解方法：（1）求电位移矢量（2）求电场强度（3）求极化强度矢量（4）求

6、束缚电荷面密度（5）求束缚电荷【解】：取半径为r的球面为高斯面，则由介质性质方程而１０５第七章物质与电磁场§7.3电容器、电容一、孤立导体的电容设有半径为R，带电为q孤立导体球，其电势为显然：仅与导体的几何形状与尺寸有关。定义：孤立导体的电容——表征导体容电能力的物理量。单位：法拉（F），1F=1C/V，1μF=10-6F二、电容器及其电容实际孤立导体是不存在的，导体周围有其它物体时，其电势将发生变化，从而其电容随周围物体的性质而变化。例如：用静电屏蔽有理强以设计一种电容量大，且不受外界物体影响的元件——电容器。如图所示：物体C、D不

7、影响物体AB之间的电势差（UA-UB），物体AB组成一电容器。定义：电容器的电容三、电容器的串联与并联串联：并联：四、电容器的计算方法：（1）设两极板分别带电+q、-q，（2）求两极间的电场，（3）求两极间的电势差，（3）求电容。１０５第七章物质与电磁场1、平行板电容器的电容【解】：设两极板A、B分别带电+q、-q，则两极板间场强两极板间的电压：平行板电容器的电容：2、球形电容器的电容3、柱形电容器的电容【解】：设内外两极板分别带电+q、q，两极板间电场两极间电势差柱形电容器的电容１０５第七章物质与电磁场§7.4电场的能量一、电容器的

8、储能电容器充电实验：在充电过程中，设t时刻电容器两极板的电量分别为+q、-q。把电量dq从负极板B移动到正极板A，电源作功：充电完后，电容器极板带电Q，电源作功：电容器储存的能量：二、电场的能量、能量密度电容器的充、放电