静电场中的导体和介质.ppt

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1、18静电场中的导体和电介质一、静电感应静电平衡条件金属导体有自由电子，作无规则的热运动。导体中的自由电子在电场力的作用下作宏观定向运动，引起导体中电荷重新分布而呈现出带电的现象，叫作静电感应。1、静电感应1++++++++AB++++++++____++++AB导体的两个侧面出现了等量异号的电荷。在导体的内部建立一个附加电场。导体内部的场强E就是E‘和E0的叠加。++++++------+-++++++------++++++------开始，E’

2、内没有电荷作定向运动，导体处于静电平衡状态。2、静电平衡状态2用电场表示导体内部任一点的电场强度为零；导体表面处的电场强度，与导体的表面垂直。3、静电平衡条件3E内=0E表表面用电势表示：导体是个等势体；导体表面是等势面。对于导体内部的任何两点A和B对于导体表面上的两点A和BAB等势面二、静电平衡时导体上电荷的分布在静电平衡时，导体内部的电场强度为零，所以通过导体内部任一高斯面的电场强度通量必为零结论：在静电平衡时，导体所带的电荷只能分布在导体的表面上，导体内部没有净电荷。1、实心导体1内=0SVE=0情况2、空腔内无电荷情况1、空腔内有

3、电荷+q2、空腔导体2外q内表E内内q00=-qS空腔的内表面有感应电荷-q，空腔的外表面有感应电荷+q空腔的内表面没有电荷，电荷只能分布在空腔的外表面。外E内内S内S=0=0导体导体表面导体表面之外邻近表面处的场强，与该处电荷面密度成正比，方向与导体表面垂直。3、导体表面附近的电场3孤立导体处于静电平衡时，表面各处的面电荷密度与表面的曲率有关，曲率越大的地方，面电荷密度越大。4、孤立导体4尖端放电：带电体尖端附近的场强较大，大到一定的程度，可以使空气电离，产生尖端放电现象。荧光质导电膜+高压场离子显微镜(FIM)金属尖端的强电场的

4、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，氦离子沿电力线运动，撞击荧光膜引起发光，从而获得样品表面的图象。应用：高压设备的电极高压输电线避雷针不利的一面：浪费电能避免方法：金属元件尽量做成球形，并使导体表面尽可能的光滑三、静电屏蔽第一类空腔(空腔导体内部无电荷)空腔内表面不带任何电荷;空腔内部及导体内部电场强度处处为零。可以利用空腔导体来屏蔽外电场，使空腔内的物体不受外电场的影响。++1、静电屏蔽现象1第二类空腔(空腔导体内部有电荷)内部面将感应异号电荷，外

5、表面将感应同号电荷。+q–q若把空腔外表面接地，则空腔外表面的电荷将中和，空腔外面的电场消失。空腔内的带电体对空腔外就不会产生任何影响。高压设备都用金属导体壳接地做保护在电子仪器、或传输微弱信号的导线中都常用金属壳或金属网作静电屏蔽。高压带电操作外界不影响内部2、应用2静电的应用一、静电的特点带电体所带的静电电荷的电量都很小；静电场所具有的能量也不大；电压可能很高。二、静电的应用范德格拉夫起电机静电除尘静电分离静电织绒静电喷漆静电消除器静电生物技术例题1两个半径分别为R和r的球形导体（R>r），用一根很长的细导线连接起来（如图）

6、，使这个导体组带电，电势为V，求两球表面电荷面密度之比。Q导体上的电荷分布解:两个导体所组成的整体可看成是一个孤立导体系，在静电平衡时有一定的电势值。设这两个球相距很远，使每个球面上的电荷分布在另一球所激发的电场可忽略不计。细线的作用是使两球保持等电势。因此，每个球又可近似的看作为孤立导体，在两球表面上的电荷分布各自都是均匀的。设大球所带电荷量为Q，小球所带电荷量为q，则两球的电势为Q导体上的电荷分布可见大球所带电量Q比小球所带电量q多。两球的电荷密度分别为可见电荷面密度和半径成反比，即曲率半径愈小（或曲率愈大），电荷面密度愈大。导体上的电荷分

7、布例2、一带电金属球半径R1，带电量q1，放在一带电球壳内，内外半径分别为R2、R3，球壳带电量为q。试求系统的电荷、电场分布以及球与球壳间的电势差；导线把内球与球壳相连，情况如何？由电荷守恒可得由高斯定律可得由电荷分布和高斯定律及对称性可得解：设球壳内外表面电量：q2,q3高斯面高斯面所以金属球A与金属壳B之间的电势差为：（3）用导线把内球与球壳相连，则内球与球壳连成一导体整体。静电平衡时，电荷只分布于导体表面，故内球表面和球壳内表面都不带电，电荷均匀分布于球壳外表面，导体内场强为零，整个导体是一等势体，即ADCB非极性分子：分子的正负电荷中

8、心在无电场时是重合的，没有固定的电偶极矩，如H2、HCl4，CO2，N2，O2等极性分子：分子的正负电荷中心在无电场时不重合的，有固定的电偶极矩，如H