导体和电介质中的静电场ppt课件.ppt

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1、第六章静电场中的导体和电介质本章重点内容：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.6-1导体的静电平衡性质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16-1-1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、动，E’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。6-1-2静电平衡时导体上电荷的分布应用：避雷针、高压设备的电极做成直径较大的光滑球面不利：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。4、孤立导体尖端放电：带电体尖端附近的场强较

3、大，大到一定的程度，可以使空气电离，产生尖端放电现象。6-1-3空腔导体内外的静电场第一类空腔(空腔导体内部无电荷)与场强的环流恒等于零相矛盾从电势的角度也可证明：第二类空腔(空腔导体内部有电荷)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。6-1-4静电屏蔽导体空腔内的电场不受外界影响现象称为静电屏蔽。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外界不影响内部静电屏蔽应用导体放入静电场中时，电场会影响导体上的电荷分布，同时，导体上的电

4、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：两块平行放置的面积为S的金属板，各带电量Q1、Q2,板距与板的线度相比很小。求：②若把第二块金属板接地，以上结果如何？EIEIIEIIIQ1Q2①静电平衡时,金属板电荷的分布和周围电场的分布。EIEIIEIIIQ1Q2解：高斯定理静电平衡条件：导体内部的场强为零电荷守恒•P1•P2解得：电场分布：EIEIIE

5、IIIQ1Q2•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场，即4=0电荷守恒静电平衡条件解得：•P1•P26-2静电场中的电介质所谓电介质，是指不导电的物质，或者电阻率很大，导电能力很差的物质即绝缘体，内部没有可以移动的电荷。若把电介质放入静电场中，电介质原子中的电子和原子核在电场力的作用下，在原子范围内作微观的相对位移。达到静电平衡时，电介质内部的场强也不为零。在外电场中电介质要受到电场的影响，同时也影响外电场。+Q–QU0+Q–QU由于电源已撤除，电容器极板是绝缘的，其上电荷数量Q不变，故电势差U的减小这意味着电容增大。

6、即插入电介质板可起到增大电容的作用。1、实验现象2、定性解释（2）无极分子的位移极化极化电荷（3）有极分子的取向极化在宏观上测量到的是大量分子电偶极矩的统计平均值，为了描述电介质在外场中的行为引入一个物理量：其中是第i个分子的电偶极矩单位是[库仑/米2]、[C/m2].1、电极化强度矢量以下将电极化强度矢量简称为极化强度束缚电荷就是指极化电荷。即:单位体积内,分子电偶极矩的矢量和.4.极化强度极化电荷2.电介质的极化规律实验表明:称为电极化率或极化率(polarizability)在各向同性线性电介质中它是一个纯数。线性各向同性电介质，是常量。3．极化（束缚）电荷与极化强度的关

7、系可证明对于均匀的电介质，极化电荷集中在它的表面。电介质产生的一切宏观效果都是通过未抵消的束缚电荷来体现。下面讲束缚电荷分布与极化强度的关系.在介质表面某处取底面为dS、轴长为L、体积为dV的斜柱体,其轴线平行于电极化强度P,dS的法向与P间的夹角为.因极化电荷只集中在介质表面层里,故dS上的电荷可看作是面电荷,设面元上的极化电荷面密度分别为则整个斜柱体相当于电量为、轴长为L的电偶极子,其电偶极矩为表明：任选一面dS上,束缚电荷面密度等于极化强度矢量在该面法线方向上的分量.它应等于dV内所有