12-1静电场中的导体概论.ppt

第12章 静电场中的导体 电介质 12.1 静电场中的导体 12.2 电场中的电介质 12.3 电容 电容器 12.4 电场的能量 * * + + + + + + + + + 一、静电感应 静电平衡条件 感应电荷 12.1 静电场中的导体 1.静电感应现象:将导体放入静电场时,导体内的自由电子在外电场作用下定向运动,引起导体内电荷重新分布,在导体两侧出现等量异号电荷,这种现象称为静电感应现象. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 导体内电场强度 外电场强度 感应电荷电场强度 当导体中电荷不再发生定向运动时,达到静电平衡. + + + + + + 导体是等势体 2.导体的静电平衡条件 （1）导体内部任何一点处的电场强度为零； （2）导体表面处的电场强度的方向,都与导体表面垂直. 导体表面是等势面 导体内部电势相等 二 静电平衡时导体上电荷的分布 + + + + + + + + + + 结论 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？ 若内表面带电 所以内表面不带电 + + - - 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 要求 空腔内有电荷 电荷分布在表面上 内表面上有电荷吗？ 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） + + + + + + + + + + + 为表面电荷面密度 作钱币形高斯面 S 三.导体表面附近电场强度与电荷面密度的关系 表面电场强度的大小与该表面电荷面密度成正比 导体表面电荷如何分布？ 解 因两导体球相距很远，两导体球均可视为孤立导体，两球上的电荷都是均匀分布。细线的作用是使两球等电势，其上电荷忽略不计。当给这个导体组带电时，设大球所带电量为Q ，小球所带电量为q，则两球的电势为 例12-1 两个半径分别为R和r的导体球，相距很远，用一根细导线相连，使这个导体组带电，电势为U， 求两球表面的电荷面密度与曲率的关系。 导体带电时，其上电荷面密度与曲率半径成反比，曲率半径愈小（或曲率愈大），电荷面密度愈大。 两球的电荷面密度分别为 + + + + + + + + + 孤立导体表面各处的电荷面密度与各处表面的曲率有关，曲率越大的地方，面电荷密度也越大,附近电场就强。 任意形状的孤立的带电导体： 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 电风实验 + + + + + + + + + + 避雷针 尖端放电现象的利用 四.静电屏蔽 1.屏蔽外电场 外电场 空腔导体可以屏蔽外电场, 使空腔内物体不受外电场影响.这时,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等. 空腔导体屏蔽外电场 接地空腔导体 将使外部空间不受 空腔内的电场影响. 问：空间各部 分的电场强度如何 分布 ？ 接地导体电势为零 2.屏蔽腔内电场 + + + + + + + + 汽车是个静电屏蔽室 五. 有导体存在时静电场的分析与计算 分析方法: * 用电荷守恒 *用静电平衡条件 *用高斯定理求电场（或叠加法） 常见导体组: *板状导体组 *球状导体组 无限大的原不带电的导体平板，求导体板两表面的面电荷密度. 例1. 面电荷密度为 的无限大均匀带电平板旁有一 求电荷分布 E0 · E2 E1 ?0 ?1 ?2 解： 设导体两表面的面电荷密度分别为 由电荷守恒有 由导体内场强为零有 则 有 、 (在未求出结果前， 、 均看作正) 思考：电场如何分布？ 思考：如果导体板接地，下面结果正确吗? ?0 -?0/2 0 ?0 0 ?0/2 接地：意味着“导体电势为零”， 不意味着“电荷一定全跑光”。 正确结果 ?0 -?0 0 两板间电场多少？ ?0 -?0 0 例 2 有一外半径 和内半径 的金属球壳，