有导体和电介质存在时的静电场课件.ppt

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1、第13章有导体和电介质存在时的静电场本章重点内容：1.导体的静电平衡条件及其性质；典型导体的静电问题的计算.2.电介质的极化现象及微观机理；有电介质时的高斯定理及其应用.3.电容器的电容、电场能量的概念及其计算.静电场中的导体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113.1导体的静电平衡++++++++AB_+++++++_+++A_+B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、’增大。到E’=E0即导体内部的场强为零，此时导体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++++++------++++++-----++++++------3、静电平衡条件3证明场强垂直金属表面。静电平衡条件：导体内部场强处处为零电场电势导体为一等势体表面场强垂直于导体表面导体表面是一个等势面静电平衡：导体中电荷的宏观定向运动终止，电荷分布不随时间改变。13.2静电平衡时导体上电荷的分布电荷分布在导体表面，导体内部场强处处为零。空腔导体a.腔内无带电体电荷分布在导体表面，导体内部及腔体的内表面处处无净电荷。实心导体+++++++++导体上的电荷分布b

3、.腔内有带电体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，腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定。未引入q时放入q后+++++++++++++++q++应用：避雷针、高压设备的电极、静电复印不利：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(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，在导体表面凸出而尖锐的地方(曲率较大)，面电荷密度较大；在表面平坦（曲率较小），电荷密度较小。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。13.3有导体存在时静电场的分析与计算导体放入静电场中时，电场会影

4、响导体上的电荷分布，同时，导体上的电荷分布也会影响电场的分布.这种相互影响将一直持续到达到静电平衡，这时导体上的电荷分布以及周围的电场分布也就不再改变了。求解有导体时的静电场遵循的两条基本原则：1）无论电荷如何重新分布，体系的电荷必须满足电荷守恒定律。2）金属在达到静电平衡时，金属内部的场强必定为零。SS例13.1：金属板的面积为S，带电量Q,在其近旁平行放置第二快大金属板，此板原来不带电。②若把第二块金属板接地，最后情况又如何？（忽略金属板的边缘效应）EIEIIEIIIQ①求静电平衡时,金属板电荷的分布和周围电场的分布。解：高斯定理静电平衡条件导体内部的场强为零电荷守恒解得

5、：SSEIEIIEIIIQ电场分布：EIEIIEIIIQ1Q2•P1•P2EIEIIEIIIQ1Q2如果第二块坂接地，则电势为零，意味着第二块板右侧不存在电荷，即4=0电荷守恒静电平衡条件解得：•P高斯定理例13.2半径为R1的导体小球，放在内外半径分别为R2与R3的导体球壳内，球壳与小球同心，二者带电后电势分别为jA,jB。求此系统的电荷及电场的分布。如果用导线将球和壳连接起来，结果又如何？1）导体球和壳内的电场应为零，电荷均匀分布在表面上。设q1,q2,q3分别表示半径为R1,R2,R3的金属球上的电量。ABjAjBABjAjB在球壳内作包围内腔的高斯面S,由高斯定理得

6、：解得：由电荷分布可求电场分布：例1.证明两无限大平行金属板达到静电平衡时，其相对两面带等量异号电荷，相背两面带等量同号电荷。证明：从左至右一共有四个带电平面，设其所带电荷的面密度依次为1、2、3、4。以向右作为电场正向。左边导体中任意一点的场强：导体上的电荷分布相对两面带等量异号电荷.相背两面带等量同号电荷.证毕.在右边导体中任取一点，则该点导体上的电荷分布相对两面带等量异号电荷.相背两面带等量同号电荷.证毕.在右边导体中任取一点，则该点导体上的电荷分布1.空腔导体内外的静电场(1)腔内无带电体假设内表面一部分带正电，另一部分带等量的负电，则必有电场线从正电荷出发终

7、止于负电荷。取闭合路径L，一部分在空腔，一部分在导体中。与静电场环路定理矛盾，原假设不成立。导体内部及腔体的内表面处处无净电荷。内表面电荷代数和为零。13.4静电屏蔽腔内无带电体，空腔导体外的电场由空腔导体外表面的电荷分布和其它带电体的电荷分布共同决定。（2）腔内有带电体：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，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。腔内电荷的位置不影响导体外电场。外表面接地，腔外电场消失。导体空腔内的电场不受外界影响现象称为静电屏蔽。2、静电