静电场中的导体与电介质课件.ppt

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1、第4章导体中的静电场静电场与物质的相互作用（影响）一、本章研究的问题：二、导体绝缘体将实物按导电性能的差异划分：1、导体（conductor）：存在大量的可自由移动的电荷(即电子)，例如铜约为8×1022cm－3。2、绝缘体（insulator）：没有自由移动的电荷(理想情况)也称为电介质（dielectric）。3、半导体（semi-conductor）：介于上述两者之间。本章只讨论金属导体和电介质对静电场的影响。§1静电场中的导体（电场、电势和电荷分布）静电感应一、导体的静电平衡静电平衡：在良导体中只需10-16s即可达到。

2、宏观上自由电子将不再作定向运动，电荷在两端的堆积行为终止1、静电平衡条件:在导体内部，电场处处为零2、静电平衡导体的电势特点:导体为等势体，导体表面为等势面。证明：导体表面外侧的附近电场必与表面正交。→推论(electrostaticinduction)由于外电场的存在，使导体内部和表面电荷的重新分布。直至导体内场强处处为零。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋有外(匀强)电场时：＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋无外电场时：电子无规则热运动二、静电平衡下导体的电荷分布规律由导体的静电平衡条件和静电场的基本性质得出。1、导体内部处处无净电

3、荷，电荷只能分布于导体表面。2、导体表面的电荷面密度与表面外侧附近的场强成正比。为导体表面外法向单位矢量。3、(孤立或处于外界电场中)导体表面形状对表面电荷分布影响的定性规律1、导体内部处处无净电荷，电荷只能分布于导体表面。证明：导体内任取某一区域，设体积为ΔV，该区域中的总电量为：因区域ΔV为任取的，故：导体内处处无电荷。导体导体表面证明：设导体表面的电荷面密度为σ其附近的外场强为取过P点的高斯面由高斯定理：2、导体表面的电荷面密度与表面外侧附近的场强成正比。2)并没给出的分布。的分布一般比较复杂。说明：1)外表面附近的场强E

4、，是所有电荷产生的。3、(孤立或处于外界电场中)导体表面形状对表面电荷分布影响的定性规律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电荷面密度最小孤立导体尖端放电与其它物体和电荷距离足够远，带有多余电荷的带电体。孤立导体：特殊情况：孤立带电导体球、长直圆柱或大的平板，它们的面电荷分布是均匀的如：孤立带电导体球尖端放电演示；避雷针的安装应用与避免电势分布特点小结静电平衡时导体的性质电场分布特点：（总场强）电荷分布特点：导体内部处处无净电荷；净电荷只分布在导体(外)表面

5、上；孤立导体的电荷分布与表面各处曲率半径有关导体内部：外部(表面附近)：三、空腔导体与静电屏蔽（ElectrostaticShielding）空腔导体（导体壳）腔内腔外内表面外表面考虑空腔导体内、外表面的电荷与电场分布问题：1、第一类静电屏蔽——空腔内无带电体静电平衡时的导体具有下述性质：导体内无电场也无电荷，即电荷只分布在导体表面上。Q.：内表面有无电荷和电场分布？空腔内电场和电荷的分布情况？GaussLaw：先证内表面的电荷代数和为0。环路定理：再证空腔内无电力线，即无电荷和电场分布。腔的内表面、导体内处处无电荷——空腔内部

6、不会受外界电场的影响，称为静电屏蔽。腔内、导体内无电场：即：腔内电势处处相等注：不论空腔导体是本身带电还是处在外电场中，上述结论成立。(即导体连空腔形成一等势区)静电平衡时具有下述性质：++++++++定性画出导体空腔的电荷和电力线分布说明：腔内无电场，这是导体外表面电荷的场与其他带电体的场叠加的结果。外表面仍会受外电场影响，出现电荷分布，但不影响内部。Q.外电场是否会改变空腔导体的电势？外表面接地时，电场、电势情况怎样？腔的内表面带电量为-q2、第二类静电屏蔽——腔内有带电体腔内有电场：与带电体和内表面形状有关-qqq——空腔

7、内部电荷及电场变化会影响导体壳外的场。说明：导体腔内和空腔内的电场仍不受腔外电场的影响，因电荷守恒，外表面感应出电荷q，从而对导体壳外的电场有了贡献。与导体外其它带电体的分布无关Q.：如何避免这种影响？将导体“接地”。这时，导体与大地（亦即“无穷远处”）等电势(=0），从而将外表面产生的感应电荷q导入大地。——这时空腔内外的电场互不影响。-qqq闭合导体壳接地时，壳内外电场互不影响，各自独立。——双向屏蔽闭合导体壳不接地时，仅能屏蔽壳外电场对壳内的影响，不能屏蔽壳内空间电荷q对壳外电场。——单向屏蔽电器＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－

8、－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋静电的避免（精密仪器外加金属罩；高压设备外金属罩接地等高压操作（连体屏蔽服——使人体各处电势相等）静电的应用静电除尘高压带电作业静电的避免静电魔棒静电应用及防护四、有导体存在时静电场的计算基本依据:1.静电平衡条件2