电磁学 09 导体电学1

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1、第12章导体电学3.半导体(semiconductor):介于上述两者之间。第12章导体电学1.导体(conductor):存在大量的可自由移动的电荷。2.绝缘体，也称电介质(dielectric):理论上认为一个自由移动的电荷也没有。本章的讨论只限于各向同性的均匀的金属导体在电场中的情况。无外电场时，金属导体中的自由电子在正离子组成的晶格中间作无规则运动，导体对外不显电性。有外电场时情形如何？第12章导体电学（ConductorinElectrostaticField）§12.1静电场中的导体§12.2电容和电容器§12.3传导电流

2、§12.4电动势稳恒电场本章学习要求：1.掌握有导体存在时静电场的分析与计算;2.掌握电容器的串并联相关计算。3.掌握电流密度，电动势，稳恒电场等概念。§12.1静电场中的导体1.导体的微观结构自由电子带正电荷的原子实;带负电荷自由电子。在外电场与导体的相互作用的过程中，自由电子的重新分布起决定性作用。（1）静电感应现象在外电场的作用下，导体中的自由电子重新分布而呈现出带电的现象。导体内的总场强:2.导体的静电平衡（2）导体的静电平衡导体内部和表面都无电荷定向移动的状态。（3）导体的静电平衡条件②　　表面①可用反证法证明。E内=0E表

3、表面用电势表示：“静电平衡时的导体是等势体，其表面是等势面。”等势体等势面3.静电平衡下导体上的电荷分布导体静电平衡时电荷分布在表面。（1）实心导体：可不为0，但ρ内必为0。分析：SVS是任意的。令S→0，则必有内=0。内=0（2）导体壳：外内S内外可不为零，但内和必为零。分析：在导体中包围空腔取高斯面S，S则若内0，则内必有正负线从正电荷到负电荷与导体静电平衡矛盾只能内=0，且腔内无线=0只能=0（3）导体壳内有电荷：外内q内表q外可不为0，但必有内0，0理由：在导体中包围空腔做高斯面S，S则：

4、=-q04.静电屏蔽（electrostaticshielding）（1）第一类空腔（金属空腔导体内部无带电体）+q①空腔内表面不带任何电荷。②空腔内部及导体内部电场强度处处为零，即它们是等电势。U=C1U=C1腔外带电体与腔外表面电荷在腔内场强总贡献为零。因此，利用空腔导体可以屏蔽外电场，使腔内物体不受腔外带电体的影响。（2）第二类空腔（金属空腔导体内部有带电体）+q-q①空腔内表面有感应电荷。②空腔内、外表面上的感应电荷的电量之和，要遵守电荷守恒定律。③空腔外表面上电荷分布与腔内带电体的位置无关，只取决于导体外表面形状。④若第二

5、类空腔导体接地时，+q-q外表面上的感应电荷被大地电荷中和，所以不带电荷。U=0金属空腔是零等势体。⑤若第二类空腔导体接地，并且腔外有带电体时，+q-q+Q外表面上的感应电荷被大地电荷部分中和，所带电荷的多少必须保证腔内、腔内表面、腔外表面以及腔外电荷在导体内产生的场强为零，即满足静电平衡条件。金属空腔是零电位。U=0可知当第二类空腔导体接地时金属空腔是零等势体，可以证明：此时壳内的任何电场都不影响外界，也不受外界影响。结论：封闭导体壳屏蔽了壳外电荷对壳内的影响。接地导体壳可屏蔽壳内外电荷间的相互影响。空腔导体壳接地与否，外界均对壳内

6、电场无任何影响，腔外表面的电荷分布不影响腔内电场分布；但是腔内有无电荷对腔外有不同的影响。例如：传输弱信号的导线外，使用由金属丝编织的屏蔽线层；精密电子测量仪外，建金属屏蔽室；高压设备周围都用金属栅网接地做保护，它起静电屏蔽作用，内外互不影响。汽车是个静电屏蔽室5.尖端放电（pointdischarge）：（1）表面场强与面电荷密度的关系（高）导体小扁柱体（2）孤立导体表面电荷分布的特点孤立导体静电平衡时，其表面各处的面电荷密度与各表面的曲率有关，曲率越大处面电荷密度也越大。尖端放电（pointdischarge）：带电的尖端电场强，

7、使附近的空气电离，因而产生放电。空气中的直流高压放电：避雷针：（1）高于建筑物（2）尖锐（3）通地端与深埋地下的铜板相接雷击大桥遭雷击后的草地带电雷雨云接近地面→地面物体带上异号电荷，集中在地面上凸起的物体（高楼、烟囱、大树等），即电荷密度很大，故场强很大，当场强大到一定程度时，足以使空气电离，引起雷雨云与这些物体之间的火花放电。这就是雷击现象。雷击现象：俘获闪电：激光束引起空气电离，使闪电改道.Z形通道被迫冲向云层06.有导体存在时静电场的分析与计算依据：静电平衡条件，12解:设导体电荷密度为1、2，电荷守恒：导体内场强为

8、零：电荷守恒，高斯定理。（2）解得例12-1电荷面密度为0的无限大带电平面的场中，平行放置一无限大不带电导体平板，求导体板两侧面上的电荷面密度。1+2=0（1）思考：0200（B）-000（C）-02