6-4静电场中的导体.ppt

电子工程学院 杨小红 理学院 杨小红 图片来自网络 * 导体：导电性能良好的物体，如金属、人体、大地 绝缘体：导电性能很差的物体，又称电介质 半导体：介于导体和绝缘体之间 超导体：基本无电阻 导体的静电平衡条件 导体的静电性质 空腔导体的静电性质 静电屏蔽 * 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。 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。 — — — — — — — — — — 导体带电Q 自由电子 一 静电平衡条件 * 当导体内部和表面都无电荷定向移动的状态称为静电平衡状态。 外电场与自由电荷移动后的附加场 之和为总场强 + + + + + + + + + + + + * + + + + + + + + 导体内电场强度 外电场强度 感应电荷电场强度 * 当导体内部和表面都无电荷定向移动的状态称为静电平衡状态。 时,导体处于静电平衡状态 用反证法，若电场强度不为零，则自由电荷将能移动 静电平衡条件是由导体的电结构特征和静电平衡的要求所决定的与导体的形状无关。 静电平衡条件： 导体内部任何一点处的电场强度为零； 导体表面处的电场强度的方向,都与导体表面垂直. * + + + + + + + + + 感应电荷 静电感应 感应电荷 施感电荷 * 二 导体的静电性质 1.静电平衡时，导体是个等势体，导体表面是个等势面 导体等势是导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 证：在导体上任取两点 和 * 2.静电平衡时，导体内部没有净电荷，电荷只分布在导体表面 证明：在导体内任取体积元 由高斯定理 ?体积元任取 证毕 3.静电平衡时，在导体表面附近，电场强度的方向处处与导体表面垂直，大小与该处导体表面面电荷密度成正比，其关系为 * 导体 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 ：外法线方向 写作 导体表面 * 4.孤立导体表面的电荷分布和尖端放电 尖端放电(point charge)就与面电荷密度、场强有关。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 孤立导体，电荷分布的实验的定性的分布： 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。 * + + + + + + + + + 注意 导体表面电荷分布与导体形状以及周围环境有关. * 带电导体尖端附近电场最强 带电导体尖端附近的电场特别大，可使尖端附近的空气发生电离而成为导体产生放电现象，即尖端放电 . 尖端放电现象 * 三 空腔导体的静电性质 1.第一类空腔（金属空腔导体内部无带电体） 空腔内表面处处无电荷，电荷只分布在外表面，空腔内无电场，处处等电势 V=C1 V=C1 ?1 + ?2 V=C2 V=C2 + ?3 V=C3 V=C3 腔外带电体与腔外表面电荷在腔内场强总贡献为零 * 2.第二类空腔（金属空腔导体内部有带电体） 空腔内表面所带电荷与腔内带电体所带电荷的代数和为零 注意：空腔外表面上的电荷分布与腔内带电体的位置无关，只取决于导体外表面的形状 V=C1 V?C1 若第二类空腔导体接地时，外表面上的感应电荷被大地电荷中和，所以不带电荷。金属空腔是零等势体 + q –q 若第二类空腔导体接地，并且腔外有带电体时，外表面上的感应电荷被大地电荷部分中和，须满足静电平衡条件，金属空腔是零电位 * 四 静电屏蔽 导体空腔（不论接地与否）内部电场不受外表面上的电荷或外界电场的影响； 接地导体空腔的外部电场不受空腔内电荷的影响 ? ? ? ? ? ? ? ? V=C1 V?C1 * 在实际中常用密织的金属网罩代替金属壳体实现静电屏蔽的目的 电子工程学院 杨小红 理学院 杨小红 图片来自网络 *