《介质静电场》PPT课件

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1、第13章静电场中的导体和电介质§13-1导体的静电平衡§13-2电介质的极化电极化强度§13-3电位移矢量电介质中的高斯定理§13-4电容与电容器§13-5静电场能量电场能量密度1本章导读研究对象:仍然是静电场，场量仍然是：基本性质方程讨论静电场对导体和电介质的作用以及后者对前者的影响论述的根据是静电场的基本规律和导体与电介质的电结构特征。导体存在大量的可自由移动的电荷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21.导体的静电平衡1.1静电平衡静电感应：在静电场中，导体中自由电子在电场力的作用下作宏观定向运动，使电荷重新分布的现象。1.2导体静电平衡的条件导

2、体内部和表面均无自由电荷的定向移动，——导体处于静电平衡状态。3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。证：在导体上任取两点a和b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1.3导体的电势4金属球放入前电场为一均匀场金属球放入后电力线发生弯曲电场为一非均匀场金属导体放入均匀场前52.导体上的电荷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。2.1实心导体(内部各处净电荷为零)证明：在导体内任取体积元dV由高斯定理体积元任取电荷只能分布在表面！电荷分布在实心导体表面，导体内部场强处处为零。62

3、.2导体表面电荷设导体表面电荷面密度为相应的电场强度为设P是导体外紧靠导体表面的一点写作：外法线方向导体7•P++++++++A例一无限大均匀带电平面（面、密度为σ2），其附近一导体处于静电平衡，导体上一面积元（面电荷密度为σ1）附近一点P,求P点的E.82.3孤立带电导体表面电荷分布尖端放电孤立带电导体球孤立导体一般情况较复杂；孤立的带电导体，电荷分布的实验定性：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，在表面凹进部分带电面密度最小。9场离子显微镜(FIM)金属尖端的强电场的应用一例原理：样品制成针尖形状，针

4、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。荧光质导电膜+高压接真空泵或充氦气设备金属尖端接地10FIMimageofpureAlat7kVand15KOxford大学的几个图片FIMimageofWcontainingtwograinboundaries历史上首次能看到原子的显微镜是场离子显微镜（FIM），它是米勒（ErwinW.Müller）在1951年发明的。只能探测在半径小于100nm的针尖上的原子结构和二维几何性质，且制样技术复杂。TheFIM100conventional

5、atomprobe实际照片113导体壳静电屏蔽3.1空腔导体内外的静电场(1)腔内无带电体内表面电荷代数和为零腔内无电场即或说，腔内电势处处相等。证明:与等势矛盾在导体壳内紧贴内表面作高斯面S高斯定理若内表面有一部分是正电荷一部分是负电荷则会从正电荷向负电荷发电力线证明了上述两个结论。S12（2）腔内有带电体：腔内电荷的位置不影响导体外电场。腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带的电量等量异号，电量分布用高斯定理可证腔内的电场1)与电量q有关；2)与腔内带电体、几何因素、介质有关。腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定，腔外导体和电场不影响腔内电场。133.2静电屏

6、蔽[E感生+EQ]外表面以内空间=0当Q大小或位置改变时，q(感应电荷)将自动调整，保证上述关系成立。空腔导体可保护腔内空间不受腔外带电体的影响若腔内有带电体，上述关系依然成立。如图，空腔内表面电荷均匀分布(q在球心)，Q的变化，不会影响内表面电荷分布。腔外带电体的变化(大小、位置)，不会影响腔内电场。Q+++---q·qQ-------+++q14[Eq+Eq]内表面以外空间=0当腔内q位置移动时，q(感应电荷)将自动调整，保证上述关系成立。腔内带电体位置的移动，不影响腔外电场,但q大小变化时，将影响腔外电场。空腔导体未接地接地空腔导体可使腔内带电体

7、的变化(大小、位置)对腔外电场没有影响接地空腔导体可使腔内、腔外互不影响。++++-qq-·---qq-·--·q----q++++15汽车是个静电屏蔽室在静电平衡状态下，空腔导体外面的带电体不会影响空腔内部的电场分布；一个接地的空腔导体，空腔内的带电体对腔外的物体不会产生影响。这种使导体空腔内的电场不受外界影响或利用接地的空腔导体将腔内带电体对外界影响隔绝的现象，称为静电屏蔽。164.有导体存在时静电场场量的计算1.静电平衡的条件2.基本性质方程3.电荷守恒定律原则:17例：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