电磁学教学资料 第二、三章.pptVIP

第一章 静电场 1．静电现象 2．库仑定律 3．电场强度 4．高斯定理 5．电势，静电力的功 第二章 静电场中的导体和电介质 1．静电平衡，电场中的导体空腔 2．电容及电容器 3．电介质的极化 4．极化强度矢量和极化电荷 5．有介质时的静电场方程 6．电场的能量和能量密度 第三章 稳恒电流 1．电流和电流密度 2．电流的连续性方程 3．欧姆定律，焦耳定律 4．电源和电动势 5．含源电路的欧姆定律 6．基尔霍夫定律 静电场中的导体和电介质 第二章 静电场中的导体和电介质，静电场和物质的相互作 用。 任何物质都是一个复杂的电荷系统，深入讨论将物 质置于静电场中，静电场与物质之间的相互作用问 题，就是要讨论在静电场的作用下，物质的电荷分 布如何发生变化，以及这种改变了的电荷分布又如 何反过来作用于静电场。 物理本质 静电场 静电场和物质 场---电荷 场--（改变）--电荷分布 Part 1 物质的电性质，电场对带电系统的作用 一、物质的电性质 电荷能够从产生的地方迅速转移到或传导到其他部分的物体。 1. 导体 导体之所以能够导电，是因为它们内部都存在着可以自由移动的电荷，自由电荷。在不同类型的导体中，自由电荷的微观本质是不一样的。 固态物质：金属，合金，石墨等；液态物质和气态物质；人和大地也属于导体。 电荷几乎只能停留在产生的地方的物体。 2. 绝缘体 绝缘体中，绝大部分电荷只能在一个原子或者分子的范围内作微小的位移，束缚电荷。自由电子很少，所以导电性能差，电阻率特别大。 固态物质：玻璃，橡胶，一般塑料等；液态物质：油等和气态物质。 导电能力介于导体和绝缘体之间，而且对温度，光照，杂质，压力。电磁场等外加条件极为敏感。 3. 半导体 超导和巨磁阻效应。 半导体中，带电的粒子（载流子），除了带负电的电子以外，还有带正电的空穴。半导体中多数载流子是电子时，称为n 型半导体，否则是p型半导体。将n型半导体和p型半导体结合起来就可以制成半导体器件。如晶体二极管，三极管等。它们在现代电子技术中有着广泛的应用。非线性器件。 二、外电场对带电体系的作用 Part 2 静电场中的导体 一、导体的静电平衡条件 1、静电感应: 在电场力的作用下，引起导体内部电荷的重新分布而呈现的带电现象。 静电感应 导体的静电平衡状态—导体内部和表面都没有电荷作定向移动的状态 。 当电荷分布达到新的平衡，则称之为静电平衡。 静电平衡 无外电场时 + + + + + + + + + + 导体达到静电平衡 感应电荷 感应电荷 要使导体内部的电子不作定向运动， 只有： 要使导体表面处的电子不作定向运动，导体表面附近的电场方向必须垂直于导体表面。 (2)导体表面附近的场强方向垂直于导体表面。 因此,导体处于静电平衡的条件是 2、静电平衡的条件 等势体 导体内 导体表面 ⑶处于静电平衡状态的导体是个等势体 导体内没有净电荷，电荷只分布在导体表面上。 二、静电平衡时导体上的电荷分布 1、实心导体 2、空心导体, 腔内无导体 空腔内表面没有电荷，电荷只分布在外部表面。 在导体内包围空腔作高斯面S。则： =0 即空腔内表面无净电荷，所带电荷只能分布在外表面上。 这表明，空腔内表面根本就无电荷(等量异号也不可能)。 空腔内表面可否有等量异号电荷呢？ 腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带的电量等量异号，腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定。 未引入q1时 放入q1后 3、空腔内有带电体 表面附近作圆柱形高斯面 三、导体表面外侧的场强 1、导体外部近表面处场强大小与该处电荷面密度的关系 注意： ①仅在静电平衡下成立； ②表面处场强不仅是表面处面密度决定。 证明: 即 用导线连接两导体球 则 2、电荷面密度与曲率的关系 导体表面曲率较大的地方，电荷面密度也较大。 导体表面上的电荷分布情况，不仅与导体表面形状有关，还和它周围存在的其他带电体有关。 静电场中的孤立带电体： 导体上电荷面密度的大小与该处表面的曲率有关。 曲率较大，表面尖而凸出部分，电荷面密度较大 曲率较小，表面比较平坦部分，电荷面密度较小 曲率为负，表面凹进去的部分，电荷面密度最小 导体表面上的电荷分布 静电屏蔽 接地封闭导体壳（或金属丝网）外部的场不受壳内电荷的影响。 封闭导体壳（不论接地与否）内部的电场不受外电场的影响； 四、静电的应用 避雷针；静电屏蔽；场致发射显微镜；感应起电机。 电荷分布 五、有导体存在时场强和电势的计算 例1.已知：导体板A，面积为S、带电量Q，在其旁边 放入导体板B。