静电场中导体和电介质ppt课件.ppt

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1、静电场中导体和电介质主要内容1.静电场中导体的性质2.静电场中电介质的性质3.电容器的性质4.电场能量§2.1静电场中的导体1.导体的静电平衡条件2.电荷分布3.导体壳（腔内无带电体的情形）4.导体壳（腔内有带电体的情形）2.1.1导体的静电平衡条件当一带电体系中的电荷静止不动，从而电场分布不随时间变化时，则该带电体系达到了静电平衡。均匀导体的静电平衡条件就是其体内场强处为0。从导体静电平衡条件还可导出以下推论：（1）导体是个等位体，导体表面是个等位面。（2）导体以外靠近其表面地方的场强处处与表面垂直。2.1.2电荷分布（1）体内无电荷在达到静电平衡时，到体内部处处没有未抵消的静电荷（即电荷

2、得体密度ρe=0）,电荷只分布在导体的表面。（2）面电荷密度与场强的关系在静电平衡状态下，导体表面之外附近空间的场强E与该处导体表面面电荷密度σe有如下关系：E=σe/ε0（3）表面曲率的影响尖端放电孤立导体表面附近的场强分布同教材中式（2.1），即尖端的附近场强大，平坦的地方次之，凹进的地方最弱。当导体尖端附近的电场特别强时，就会导致尖端放电。2.1.3导体壳（腔内无带电体的情形）（1）基本性质当导体壳内没有其它带电体时，在静电平衡下，（ⅰ）导体壳的内表面上处处没有电荷，电荷只能分布在外表面；（ⅱ）空腔内没有电场，或者说，空腔内的电位处处相等。（2）法拉第圆筒如教材中图2-10所示，圆筒C

3、即为法拉第圆筒，它能把带电体上的全部电荷转移到圆筒C的外表面上去。（3）库仑平方反比率的精确验证用实验方法来研究导体内部是否确实没有电荷，可以比库仑扭秤实验远为精确的验证平方反比律。卡文迪许的验证实验装置见教材中图2-11。实验时，先使连接在一起的球1和壳3带电，然后将导线抽出，将球壳3的两半分开并移去，再用静电计检验球1上的电荷。反复实验结果表明球1上总没有电荷。2.1.4导体壳（腔内有带电体的情形）（1）基本性质当导体壳腔内有其它带电体时，在静电平衡状态下，导体壳的内表面所带电荷与腔内电荷的代数和为0。（2）静电屏蔽导体壳的表面“保护”了它所包围的区域，使之不受导体壳外表面上的电荷或外界

4、电场的影响，这种现象称为静电屏蔽。静电屏蔽现象在实际中有重要的应用。§2.2电容和电容器1.孤立导体的电容2.电容器及其电容3.电容器的并联、串联4.电容器储能（电能）2.2.1孤立导体的电容所谓“孤立”导体，是说在这个导体的附近没有其它导体和带电体。设想使一个孤立导体带电q，它将具有一定的电位U,定义：C=q/U,称之为该孤立导体的电容。它的物理意义是使导体每升高单位电位所需的电量。电容的单位叫做法拉，简称法，用F表示：1F=106μF=1012pF2.2.2电容器及其电容如教材中图2-21所示的这种由导体壳B和其腔体内的导体A组成的导体系，叫做电容器,其电容CAB=qA/(UA-UB)。

5、组成电容器的两导体叫做电容器的极板。电容器在实际中（主要在交流电路、电子电路中）有着广泛的应用。以下推导几种不同类型电容器电容公式的（在下面的计算中暂不考虑绝缘介质，即认为极板间是空气或真空）：（1）平行板电容器平行板电容器由两块彼此靠得很近的平行金属极板组成。设两极板A、B的面积为S,带电量分别为±q,则电荷的面密度分别为±σe=±q/S根据式（2.1），场强为E=σe/ε0，电位差为根据电容的定义(2)同心球形电容器同心球形电容器由两个同心球形导体A、B组成。设同心球形导体A、B所带电荷分别为±q，其半径分别为RA和RB（RA

6、容（3）同轴柱形电容器同轴柱形电容器由两个同轴柱形导体A、B组成。设两个同轴柱形导体A、B半径分别为RA和RB（RA

7、容之和。(2)串联电容器串联后，总电容的倒数是各电容器电容的到数之和2.2.4电容器储能（电能）设每一极板上所带电荷量的绝对值为Q,两极板间的电压为U,则电容器储存的电能从这个意义上说，电容C也是电容器储能本领大小的标志。§2.3电介质1.电介质的极化2.极化的微观机制3.极化强度矢量P4.退极化场5.电介质的极化规律极化率6.电位移矢量与有介质时的高斯定介电常数7.电介质材料的新应用2.3.1电介质的极化电