《导体和电介质》课件

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1、前一章我们讨论了真空中的静电场，引入了描述静电场特性的两个基本物理量——电场强度和电势。实际工作中常遇到电场中存在导体和电介质的问题，研究导体和电介质存在时静电场的分布，在电工、无线电等具体问题中有重要意义。第九章导体和电介质电荷决定电场影响导体：导体中存在大量自由电子，在电场作用下，导体中能形成电流，使电荷分布发生变化，进而使电场也发生改变。电介质：电介子中几乎没有自由电子，但在外场作用下，介质分子内的电荷也能在很小的范围内重新分布，使电场发生改变。金属导体：自由电子自由电子§9—1静电场中的导体一、静电感应◆导体不带电或无外场时：导

2、体中的自由电子都与金属离子的正电荷精确中和，金属不显电性。◆把导体放入外静电场时：自由电子受电场作用做定向运动，形成电流。在电场作用下，导体上的电荷重新分布的过程，称为静电感应。静电感应所产生的电荷称为感应电荷。按照电荷守恒，感应电荷的总电荷量为零。0Ev二、静电平衡v0E导体达到静电平衡静电感应的时间极短，若非特别说明，把导体当做已经处于静电平衡的状态来讨论。导体达到静电平衡，自由电荷停止了定向流动。三、导体静电平衡条件1、场强条件静电平衡导体中的电场强度为零，导体表面的场强与表面垂直。1)这里的电场强度指总的场强2、电势条件静电平衡

3、导体是一个等势体，表面是一个等势面。2)导体表面的场强必须与表面垂直,否则，其切向分量会使表面电荷移动推论二静电平衡导体附近的电场强度的大小与表面电荷密度的关系：导体表面附近电场可看做局部匀强电场。推论一静电平衡导体内的净电荷为零，电荷（自身带电或感应电荷）只分布于导体表面。若没有其它电场的影响，导体表面曲率越大的地方电荷面密度也越大。推论三避雷针工作原理尖端放电现象例题1、如图：两个平行导体板（可近似看成无限大平板）面积均为S，分别带电Q1、Q2，1).试求两个导体板的四个表面上电荷分布的面密度。Q1Q212Q1Q212IIIIII2

4、).求I,II,III区的场强：3).两导体板间的电势差：4).按图接地后，各面的电荷密度：此时，空腔外的电荷q在空腔内激发的电场与空腔外表面上的感应电荷产生的电场叠加后，使空腔和导体内的合场强为零。二导体空腔和静电屏蔽空腔和导体内场强为零1、第一类导体空腔—空腔内无带电体BA空腔内表面也不能有电荷分布电荷只能分布在导体外表面q静电屏蔽：达到静电平衡的导体空腔内的电场不受空腔外电荷的影响；接地的导体空腔外部的电场不受内部电荷影响。这种静电屏蔽也叫外屏蔽。2、第二类导体空腔——腔内有带电体当达到静电平衡，导体内的场强为零，必须是导体空腔内

5、表面上的感应电荷为-q，外表面上的感应电荷为+q。当导体空腔接地时，导体空腔外表面上的感应电荷被中和，空腔外没有电场，导体的电势为零。这种静电屏蔽也叫内屏蔽★★导体空腔的静电屏蔽作用：——导体空腔（不论接地与否）内部电场不受腔外电荷的影响；接地导体空腔外部的电场不受内部电荷的影响。导体空腔屏蔽了空腔内、外电荷的相互影响应用：精密测量上的仪器屏蔽罩、屏蔽室、高压带电作业人员的屏蔽服（均压服）等。[例题2]半径为R1的导体球，带电为q，球外有一内、外半径分别为R2和R3的同心导体球壳，壳上带电Q，（1）求导体球、球壳的电势？（2）若用导线连

6、接球和球壳，它们的电势为多少？（3）若外球接地，求它们的电势？解：（1）当静电平衡时，球壳内外表面的电荷分别为-q和Q+q导体球的电势：球壳的电势：（2）导体球和球壳接线后，球上电荷q和球壳内表面电荷-q中和，且电势相同。（3）球壳接地后，球壳外表面电荷Q+q被中和，且其电势为零。例题3、在一个半径为R，均匀带电q的球面内有一个半径为r的不带电的导体球，求导体球接地后其上的感应电荷大小。rRq解：导体球没有接地时，带电球面内的电势不为零。因此，接地后有电流产生，从而使导体球带电。静电平衡后，导体球上的电势应该为零。设导体球带电为q′，则

7、有总电势计算公式：电介质中没有自由电荷，分子中的电荷在外场的作用下在很小的范围内重新分布，新的电荷分布会削弱电介质中的原电场，并不会完全减弱为零。§9—2电介质电介质中的高斯定理一电介质的极化等效电荷：把分子中的正负电荷作为两个点电荷处理。有极分子：分子的正负电荷中心不重合，等效电荷形成一个电偶极子，其电矩称为分子的固有电矩。如HCl分子。无极分子：分子的正负电荷中心重合，其电矩为零。如H2,O2,N2,CO2等。1.有极分子和无极分子2.有极分子的取向极化有极分子电介质处在电场中时，分子的电偶极矩会转动到沿电场方向的有序排列，电介质表

8、面会出现极化电荷，极化电荷产生附加电场，使介质中场强减小。3.无极分子的位移极化无极分子电介质处在电场中时，分子的正负电荷中心发生位移从而形成分子电偶极矩，称为感生电矩。电介质表面同样会出现极化电荷，极化电