导体和电介质ppt课件.ppt

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1、第8章静电场中的导体和电介质性能优良的合成绝缘子§8.1静电场中的导体主要内容：1.导体的静电平衡条件2.静电平衡时导体上的电荷分布3.静电感应与静电屏蔽8.1.1导体的静电平衡条件静电平衡导体内部和表面上任何一部分都没有电荷的宏观定向运动，我们称这时导体处于静电平衡状态。导体静电平衡的条件导体表面(1)导体内部任意一点的电场强度都为零；(2)导体表面上任意一点的电场强度方向垂直于该处导体表面。静电平衡导体的电势导体静电平衡时是一个等势体，导体的表面是一个等势面。8.1.2静电平衡时导体上的电荷分布1.

2、当带电导体处于静电平衡状态时，导体内部处处没有净电荷存在，电荷只能分布在导体表面上。PS1如果导体内部有空腔存在，且空腔内部没有其它带电体S2由于P点是任意的，所取的闭合曲面也可以任意地小，所以导体内部处处没有净电荷。空腔表面上也不存在净电荷，电荷只能分布在外表面！空腔2.处于静电平衡的导体，导体表面附近一点的电场强度与该点处导体表面电荷的面密度成正比。P在导体表面取一微小面积元DS，包围点P，该处电荷面密度为s.由高斯定理，有3.处于静电平衡的孤立导体，其表面上电荷的面密度的大小与该处导体表面的曲率有

3、关。导体表面凸出的地方，曲率是正值且较大，电荷面密度较大；较为平坦的地方，曲率较小，电荷面密度较小；表面凹进的地方，电荷面密度更小。尖端放电ABC8.1.3静电感应与静电屏蔽在外电场的作用下，导体中出现电荷重新分布。静电感应静电屏蔽（腔内、腔外的场互不影响）例两块等面积的金属平板，分别带电荷qA和qB，平板面积均为S，两板间距为d，且满足面积的线度远大于d。静电平衡时两金属板各表面上的电荷面密度。求解如图示，设4个表面的电荷面密度分别为1、2、3和4，dSSqAqB1234由电荷守恒，得在两板内分

4、别取任意两点A和B，则AB①代入①，得dSSqAqB1234AB可见，A、B两板的内侧面带等量异号电荷；两板的外侧面带等量同号电荷。特别地，若qA＝－qB＝q，则电荷只分布在两板的内侧面，外侧面不带电。例半径为R1的金属球A带电为q(>0)，在它外面有一同心放置的金属球壳B，其内外半径分别为R2和R3,带电为Q(>0)。如图所示，当此系统达到静电平衡时，(1)各表面上的电荷分布；求解(1)电量分布(3)电势分布及球A与球壳B的电势差。(2)电场强度分布；R1R2R3qQAB球A：根据对称性，电量均匀分布在

5、球A的表面上，电量为q。球壳B：由于静电感应，球壳B内表面的电量为：-q；外表面的电量为:Q+q。整个系统相当于在真空中的三个均匀带电的球面。R1R2R3qQAB4321(2)电场强度分布由高斯定理及静电平衡条件，得(3)电势分布取无穷远为电势零点，半径为R，电量为q的均匀带电球壳的电势分布为R1R2R3qQAB4321由(1)知，此系统相当于半径分别为R1,R2和R3，带电量分别为q,-q和q+Q的三个均匀带电球面。利用叠加原理，得球A与球壳B的电势差为§8.2静电场中的电介质主要内容：1.静电场中的电

6、介质2.电介质极化3.极化电荷面密度8.2.1静电场中的电介质电介质：绝缘体(电阻率超过108W·m)实验结论(置于电场中的)电介质电场+Q-Q+++++++++++++++----------------------介质中电场减弱。电介质的相对电容率名称εr名称εr干燥空气1.00059聚丙烯3.3乙醇26蒸馏水81石英玻璃4.2变压器油2.4云母6钛酸钡103─1048.2.2电介质极化电介质分子电结构+--无极分子有极分子+-无外电场时（由于热运动）整体对外不显电性。无极分子有极分子加外电场后极化电

7、荷'极化电荷'无极分子有极分子位移极化取向极化--------+++++++++-+-8.2.3极化电荷面密度s'r++++++++++++++--------------+++++++++++-----------设两个金属平板，均匀各向同性电介质中的电场强度为实验表明:而适用各向同性的均匀电介质充满整个条件空间，或电介质的表面为等势面§8.3电位移矢量D有电介质时的高斯定理主要内容：1.电位移矢量2.有电介质时的高斯定理以两个金属平板为例无电介质时：r++++++++++++++-------

8、-------+++++++++++-----------加入向同性的均匀电介质时：定义：电位移矢量e—电介质的电容率——电介质中的高斯定理通过高斯面的电位移通量等于高斯面所包围的自由电荷的代数和，与极化电荷及高斯面外电荷无关。比较例半径为R0，带电量为Q的导体球置于各向同性的均匀电介质中，如图所示，两电介质的相对电容率分别为er1和er2，外层半径分别为R1和R2。R1R2求R0Q解r(1)电场的分布；(2)紧贴导体球表面