南师大电磁学PPT、hgq1.5静电场中的导体讲述.ppt

法拉第圆筒 问题：如何把一个导体上的电荷全部转移给另一个 库仑平方反比定律的验证 范德格拉夫起电机 * 静电场中的导体 * 一 导体的静电平衡条件 导体:从物质的电结构来看，它是由带正电的晶格点阵和带负电自由电子构成 当导体不带电，也无外电场时， 正负电荷等量分布，宏观上呈电中性。 + + + + + + + + + + + + 导体的静电平衡过程 + + + + + + + + 总电场强度 外电场强度 感应电荷电场强度 静电平衡条件： 从电场强度角度： （2）导体表面处电场 强度的方向，都与 导体表面垂直. 静电平衡状态： 指导体内部和表面都没有电荷的定向移动的状态。 (1)导体内部任何一点处的电场强度为零； + + + + + + 静电平衡条件： 从电场强度角度： （2）导体表面处电场 强度的方向，都与 导体表面垂直. 静电平衡状态： 指导体内部和表面都没有电荷的定向移动的状态。 (1)导体内部任何一点处的电场强度为零； + + + + + + 导体表面是等势面 导体内部电势相等 导体是一个等势体 静电平衡条件： 从电势角度： 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 第一类空腔（金属空腔导体内部无带电体） 空腔内表面不带任何电荷。 空腔内部及导体内部电场 强度处处为零，即它们是 等电势。 这些结论不受腔外带电体的影响， U=C1 U=C1 ?1 + ?2 U=C2 U=C2 + ?3 U=C3 U=C3 腔外带电体与腔外表面电荷在腔内场强总贡献为零 这是静电屏蔽的一种含义。 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） 第二类空腔 （金属空腔导体内部有带电体） 空腔外表面上的感应电荷 的电量与内表面上的电量之和，要遵守电荷守恒定律。 Q+q q –q U=C1 U?=C1 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。 腔内q与内表面的感应电荷-q ,对外部场的贡献恒为零。 这是二类空腔静电屏蔽的含义。 ?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。 ?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，所带电荷的多少 必须保证腔内、腔内表面、腔外表面 以及腔外电荷在导体内产生的场强为 零，即满足静电平衡条件。金属空腔 是零电位。 U=0 U=0 + q –q Q+q’ + + + + + + + + + + + 为表面电荷面密度 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 表面电场强度的大小与该表面电荷面密度成正比 + + + + + + + + + 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 避雷针 场强特点： 静电平衡特点： 电势特点： 导体是等势体，导体表面是等势面 电荷分布特点： (1)电荷只分布在表面上 (2)对空腔导体，腔内无其它带电体时，电荷只 分布在外表面上。 (3)对孤立导体，表面各处的面电荷密度和该处 表面的曲率有关。一般而言，曲率大处，面 电荷密度大。曲率 小处，面电荷密度小 三 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