Ch(静电场中的导体)分析.ppt

* 前一章我们讨论了真空中的静电场，引 入了描述静电场特性的两个基本物理量—— 电场强度和电势。实际工作中常遇到电场中 存在导体和电介质的问题，研究导体和电介 质存在时静电场的分布，在电工、无线电等 具体问题中有重要意义。　　 第七章 静电场中的导体和电介质 Effects of Conductors (or Dielectrics) in Electrostatic Field 　本章主要研究导体、电介质对静电场的 影响，为此，要引入新的物理量──电位移 矢量，给出电介质中的静电场方程。此外还 要研究电容、电容器、静电场的能量，最后 介绍静电场的应用及危害。 本章只限于讨论各向同性均匀 金属导体，与电场的相互影响。 金属导电模型 构成导体框架, 形状、大小的是那些基本不动的带 正电荷的原子实, 而自由电子充满整个导体属公有化。 无外场作用时, 由于热运动, 电子在导体中均匀分布, 局 部区域正负电荷相等, 整个导体不显电性。 — — — — — — — — — — 导体带电Q 自由电子 §7-1 静电场中的导体 (Effects of Conductor in Electrostatic Field) 一、静电感应 (Electrostatic Induction) 当有外电场或给导体充电， 在场与导体的相互作用的过程 中，自由电子的重新分布起决 定性作用。 内容提要 ●静电场中的导体（A Conductor in Electrostatic Field） ●静电场中的电介质（A Dielectric in Electrostatic Field） ●电介质中的高斯定理（Gauss’s Law in Dielectric） ●电容和电容器（Capacitance Capacitor） ●静电场的能量（Energy of Electrostatic Field） ●静电的危害及其应用（Harmfulness and Application of Static Charge） 第七章 静电场中的导体和电介质 Effects of Conductors (or Dielectrics) in Electrostatic Field 各向同性均匀金属导体与电 场的相互影响。 ●金属导电模型 ◆构成导体框架 →原子实 ◆自由电子→公有化。 — — — — — — — — — — 导体带电Q 自由电子 §7-1 静电场中的导体 (Effects of Conductor in Electrostatic Field) 一、静电感应 (Electrostatic Induction) ◆外电场（或给导体充电） →自由电子的重新分布 二、静电平衡： Electrostatic Equilibrium （1）过程： 平衡时： 导体的静电平衡状态—— 导体中没有电荷宏观的定向运动 施感电荷 Inducing Charge 静电 感应 感应电荷 Induced Charge ②导体内部无净电荷，电荷只分布于外表面， （3）性质：①导体内部与表面电势处处相等—等势体。 （否则 违背条件 ① ） 说明：（A）体内无净电荷： 在内部任取高斯面 S （2）条件：① 导体内 ② 导体表面的场强与表面垂直： （否则，其切向分量使表面 q 移动 非平衡。） （B).导体的内表面无电荷： 设空腔如图，在导体内作高斯面 S 包围 内表面。因 那么,内表面是否存在等量异号电荷而使 呢？ （4).电荷在导体表面的分布： 曲率大处密度 ? 大 曲率小处密度 ? 小。 静电 平衡 若 A，B 处出现等量异号电荷（如图），则必有电 场线由 A 到 B，则 UA≠UB ，这违背等势体性质。 S B A 设 P 点在表面外紧靠 ΔS 表面。 设高斯柱面如图 （5).导体表面附近的场强： 由 及高斯定理得 (6). 简单孤立导体电场分布 曲率大处密度 ? 大 E 强； 曲率小处密度 ? 小 E 弱。 → 尖端放电 注意：非简单时，不成立。例： (7). 静电平衡导体对外电场的影响： 实心 导体 [ 例题 1 ] 如图： 两无限大带电平板导体。 试证： 两式相加，得：