第二章静电场中的导体和介质选读.ppt

第二章 —— 静电场中的导体和介质 《电磁学》多媒体教学课件 西安电子科技大学理学院 §3 电介质 + + + + + - - - - - + + + + + + + + + - - - - - - - - - + + + + + - - - - - （2） 例3 常用的圆柱形电容器，是由半径为 的长直圆柱导体和同轴的半径为 的薄导体圆筒组成，并在直导体与导体圆筒之间充以相对电容率为 的电介质.设直导体和圆筒单位长度上的电荷分别为 和 .　求（1）电介质中的电场强度、电位移和极化强度；（２）电介质内、外表面的极化电荷面密度；（３）此圆柱形电容器的电容． §3 电介质 §3 电介质 解（1） （２）由上题可知 真空圆柱形电容器电容 （３）由（１）可知 单位长度电容 §3 电介质 §4 电场能量和能量密度 1、充电电容器储存有能量的实验验证： 照相机闪光灯工作电路图 ε K K C R 2、充电电容器的储能公式： +Q -Q + + + + + - - - - - χ E C 根据功能原理充电后电容器所储存的能量应等于搬运过程中所做的功。 q dq -q U 一、充电电容器的储能 §4 电场能量和能量密度 1、讨论：充电电容器所储存的能量谁是其携带者？ +Q -Q + + + + + - - - - - χ E C 设此电容器是一个平行平板电容器则有： 二、静电场的能量 上述分析表明：电场具有能量。它是静电场本身所具有的能量，而不是相互作用的势能。静电场能量的存在还进一步说明了静电场的物质特性。 §4 电场能量和能量密度 2、能量密度公式： 3、静电场能量的计算方法： 等效电容器法 功能原理 通过能量密度积分 例 半径为R1的导体球外有一个内外半径分 别R2、 R3为的同心导体球壳。导体球和导体球壳带电分别为q1、 q1 。试求总电场能量。 R1 R2 R3 q2 q1 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - -q1 +q1 r dr * * 《电磁学》多媒体教学课件 西安电子科技大学理学院 第二章 静电场中的导体和介质 §1 静电场中的导体 §2 电容和电容器 §3 电介质 §4 电场的能量和能量密度 一、导体的静电平衡条件 §1 静电场中的导体 1.静电平衡 导体内部和表面无自由电荷 的定向移动时，称导体处于静电平衡状态。 2.导体静电平衡的条件 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. + + + + + + + + 导体是等势体 导体表面是等势面 导体内部电势相等 + + + + + + + + + + （ 导体内部无电荷） 1　实心导体 2　有空腔导体 空腔内无电荷 电荷分布在表面上 （内表面上有电荷吗？） 二、静电平衡时导体上的电荷分布 §1 静电场中的导体 §1 静电场中的导体 若内表面带电 + + - - 结论：电荷分布在外表面上（内表面无电荷） + + + + + + + + + + 矛盾 导体是等势体 空腔内有电荷 电荷分布在表面上 （内表面？） 结论：当空腔内有电荷 时,内表面因静电感应出现等值异号的电荷 ，外表面有感应电荷 （电荷守恒） §1 静电场中的导体 为表面电荷面密度 表面电场强度的大小与该表面电荷面密度成正比 + + + + + + + + + + + 作钱币形高斯面 S 3　导体表面电场强度与电荷面密度的关系 §1 静电场中的导体 注意 导体表面电荷分布与导体形状以及周围环境有关. 4　导体表面电荷分布 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 . 尖端放电会损耗电能, 还会干扰精密 测量和对通讯产生危害 . 然而尖端放电也有很广泛的应用 . 尖端放电现象 尖端放电现象的利与弊 §1 静电场中的导体 二、导体壳 结论：内表面处处没有电荷， 腔内无电场。 即 （或说 腔内电势处处相等） 证明: 在导体壳内紧贴内表面作高斯面S 因为导体体内场强处处为零 所以 S 1. 腔内无带电体时场的特征 由高斯定理得高斯面内电量代数和为零 即 由于空腔内无带电体 所以 §1 静电场中的导体 1）处处不带电 即处处无净电荷 2）一部分带正电荷 一部分带等 量负电