第8.9章-静电场中的导体和电介质

《第8.9章-静电场中的导体和电介质》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7章静电场中的导体和电介质本章研究对象：电场与物质相互作用及共同确定的静电场基本性质方程讨论电场与物质的相互作用：研究方法：导体conductor存在大量自由电荷（本章限于金属）绝缘体（电介质）dielectric无自由电荷半导体semiconductor介于上述两者之间场量的分布§7.1导体的静电感应一.导体的静电感应导体特征：存在大量的可自由移动的自由电荷。当无外电场时，自由电荷均匀分布，导体为电中性。导体放在静电场中,其内部自由电子受力而移动，从而使导体产生电荷分布(感应电荷),称为导体的静电感应。二、导体的静电平衡导体的感应电荷和外电场相互作用，很快达到平衡，

2、导体中自由电子不再受力，宏观上电荷不再运动。称该导体处于静电平衡状态。当导体放在静电场中电场将改变导体的电荷分布：左边聚集负电荷，右边聚集正电荷导体内部电场电荷继续移动，增大直至，电荷不再移动产生新的电场电荷分布将改变电场分布静电感应2、导体在静电平衡时，表面电荷亦静止不动。设导体表面附近场强为则须表面电荷才能静止不动即：表面导体表面1、导体在静电平衡时，三、导体的静电平衡条件证：在导体内任取两点导体内场强处处为零静电平衡条件的另一种表述3.导体的电势导体静电平衡时，导体各点电势相等，即导体是等势体，表面是等势面。在导体表面任取两点表面导体表面§7.2静电平衡导体上电荷

3、的分布由导体的静电平衡条件和静电场的基本性质，可以得出导体上的电荷分布。1.导体内部处处无体电荷分布：证明：在导体内任取闭合面S由高斯定律S任取电荷只能分布在导体表面！导体内处处无体电荷设导体表面P点处电荷面密度为导体：外法线方向写作相应的表面附近电场强度为表面在该处作垂直于导体表面的小圆柱面S，底面积为，应用高斯定律：2.导体面电荷密度与表面附近场强的关系表面3.孤立带电导体表面电荷分布孤立的带电导体，电荷分布的实验的定性的分布：在表面凸出的尖锐部分(曲率是正值且较大)电荷面密度较大，在比较平坦部分(曲率较小)电荷面密度较小，在表面凹进部分电荷面密度最小。尖端放电孤

4、立带电导体球孤立导体荧光质导电膜+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，氦离子沿电场线运动，撞击荧光膜引起发光，从而获得样品表面的图象。4、带电导体腔的电荷分布electrostaticshielding（1）腔内无带电体内表面外表面在内外表面间取一闭合面S，应用高斯定律：S（导体内电荷+内表面电荷）即：内表面无净电荷分布，电荷只能分布在外表面推论：腔内电场为0，腔内是等势体内内静电屏蔽一、腔内空间不受腔外电场影响00内表面外表面（2）

5、腔内有带电体设导体腔带电量，腔内带电体带电量外表面分布电荷在内外表面间取一闭合面S，应用高斯定律：S内内（导体内电荷+内表面电荷+腔内电荷）内表面分布电荷电荷守恒定理静电屏蔽二、接地导体腔，腔外不受腔内电场的影响§7.3有导体存在时静电场的分析和计算原则:1.静电平衡条件2.基本性质方程3.电荷守恒定理内或例1无限大的带电平面的场中，平行放置一无限大金属平板，求：金属板两面电荷面密度及电场分布导体体内任一点P场强为零解:设金属板面电荷密度由电荷守恒例2金属球A与金属球壳B同心放置已知：球A半径为，带电为金属壳B内外半径分别为带电为求:1)电荷分布2)电场分布3)球A和壳

6、B的电势解：1)电荷分布在导体表面由于A、B球对称电荷在表面均匀分布球A表面均匀分布着电量壳B的电量均匀分布在内、外表面内表面外表面等效:在真空中三个均匀的带电球面2）电场分布具有对称性运用高斯定律内利用叠加原理求电势3）或讨论将球与壳短接将壳接地后再绝缘将球接地球表面电荷与壳内表面电荷中和，球与壳等势，壳内电场为0，壳外电场不变壳外表面电荷为0，壳外电场为0，壳内电场及电荷分布不变电荷重新分布。设球A带电量内表面外表面则例3导体球附近有一点电荷,如图所示。求（1）导体球上感应电荷在球心处的场强及球心处的电势；（2）若将导体球接地，球上净电荷为多少？（2）接地即设:

7、感应电量为解:（1）导体球内电场为0感感感感§7.4电场中的电介质V+Q-QV+Q-Q相对介电常数（无量纲）场强之间的关系：与静电场中的导体比较,介质中某点:介质中真空中介质中某种电荷分布产生与反向一、电介质的极化polarization1.电介质的微观图象有极分子：分子正负中心不重合，为一个电偶极子无极分子：分子正负中心重合有极分子无极分子-+-+二.电介质分子对电场的影响1.无电场时热运动：排列杂乱无章均呈电中性2.有电场时位移极化displacementpolarization边缘出现电荷分布称极化电荷polarizationcha