静电场的导体和电介质资料课件.ppt

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1、第9章静电场的导体和电介质§9.1静电场中的导体§9.2*静电场中的电介质§9.3*电位移矢量电介质中的高斯定理§9.4电容电容器§9.5*电场的能量1◆教学基本要求1、掌握导体的静电平衡条件。2、了解介质的极化现象及其微观解释。3、了解各向同性介质中D和E、H和B之间的关系和区别。了解介质中的高斯定理。4、了解电容器的分类，掌握电容器的电容计算。5、了解静电场的能量。2导读仍然是静电场，场量仍然是：基本性质方程：讨论：静电场对导体和电介质的作用以及后者对前者的影响。论述的根据是静电场的基本规律和导体与电介

2、质的电结构特征。导体：存在大量的可自由移动的电荷（conductor）。绝缘体：理论上认为一个自由移动的电荷也没有也称电介质（dielectric）。半导体：介于上述两者之间（semiconductor）。3静电场中的导体一、导体的静电平衡1.静电平衡的条件感应电荷当导体放入外电场中时，引起导体内部电荷的重新分布将产生感应电荷。(ii) 导体表面（i）导体内部当导体内部和表面上都没有电荷作定向运动时的状态，称为导体的静电平衡状态。2、导体静电平衡的条件:43、导体的电势证：在导体上任取两点a和b导体等势是导

3、体体内电场强度处处为零的必然结果静电平衡条件的另一种表述导体静电平衡时，导体各点电势相等，即导体是等势体，表面是等势面。54、导体上的电荷分布由导体的静电平衡条件和静电场的基本性质，可以得出导体上的电荷分布。4.1实心导体(内部各处净电荷为零)证明：在导体内任取体积元dV由高斯定理体积元任取证毕电荷只能分布在表面！电荷分布在实心导体表面，导体内部场强处处为零。64.2导体表面电荷设导体表面电荷面密度为相应的电场强度为设P是导体外紧靠导体表面的一点写作导体导体表面电场一定沿表面法线方向，否则在其切向分量作用

4、下，电荷将沿表面运动，与导体处于静电平衡状态相矛盾。74.3孤立带电导体表面电荷分布一般情况较复杂；孤立的带电导体，电荷分布的实验定性：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，在表面凹进部分带电面密度最小。尖端放电8场离子显微镜(FIM)金属尖端的强电场的应用一例原理：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。荧光质导电膜+高压接真空泵或充氦气设

5、备金属尖端接地9FIMimageofpureAlat7kVand15KVOxford大学的几幅图片FIMimageofW(钨)containinggrainboundaries历史上首次能看到原子的显微镜是场离子显微镜（FIM），它是米勒（ErwinW.Müller）在1951年发明的。只能探测在半径小于100nm的针尖上的原子结构和二维几何性质，且制样技术复杂。TheFIM100conventionalatomprobe实际照片105、有导体存在时静电场场量的计算原则:A.静电平衡的条件B.基本性质方程C

6、.电荷守恒定律11例：接地导体球附近有一点电荷,如图所示。求:导体上感应电荷的电量。解:接地即设感应电量为Q，由导体是个等势体，0点的电势为零，则有导体电势为零，是否该导体所带电荷也一定为零！12例：无限大的带电平面的场中平行放置一无限大金属平板求：金属板两面电荷面密度。解:设金属板面电荷密度为1和2由对称性和电量守恒导体体内任一点P场强为零金属板两面面电荷分布:1与异号,2与同号!如图可视为三个无限大的带电平面13求:球A和壳B的电量分布.解：导体带电在表面，球A的电量只可能在球的表面。壳B有

7、两个表面，电量可能分布在内、外两个表面。由于A、B同心放置，仍维持球对称。例：金属球A与金属球壳B同心放置，已知球A半径为R0，带电为q；金属壳B内外半径分别为R1，R2，带电为Q。电量在表面均匀分布。球A均匀分布着电量q，相当于一个均匀带电的球面。壳B上电量的分布：由高斯定理和电量守恒定律确定。在B内紧贴内表面作高斯面S:高斯定理电荷守恒定律146.空腔导体内外的静电场A.空腔导体内外的静电场(1)腔内无带电体内表面无电荷分布腔内无电场或说，腔内电势处处相等。证明:与等势矛盾在导体壳内紧贴内表面作高斯面

8、S高斯定理若内表面有一部分是正电荷一部分是负电荷则会从正电荷向负电荷发电力线证明了上述两个结论。S15(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，电量分布用高斯定理可证腔内的电场1)与电量q有关；2)与腔内带电体几何因素、介质分布有关。腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定，16B.静电屏蔽[EQ+Eq]外表面以内空间=0当Q大小或位置改变时，q(感应电荷)将自动调整，保证上述关