9-5金属导体.ppt

一、金属导体的静电平衡 (electrostatic equilibrium);3.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。; 3. 导体内部不存在净电荷，所有过剩电荷都分布在导体表面上。;二、导体表面的电荷和电场 导体表面电荷的分布与导体本身的形状以及附近带电体的状况等多种因素有关。大致的规律为：在导体表面凸起部尤其是尖端处，面电荷密度较大；表面平坦处，面电荷密度较小；表面凹陷处，面电荷密度很小，甚至为零。;上式表示，带电导体表面附近的电场强度大小与该处面电荷密度成正比。 ;三、空腔导体;若金属空腔导体内部有带电体,; 利用导体静电平衡的性质，使导体空腔内部空间不受腔外电荷和电场的影响，或者将导体空腔接地，使腔外空间免受腔内电荷和电场影响，这类操作都称为静电屏蔽。无线电技术中有广泛应用，例如，常把测量仪器或整个实验室用金属壳或金属网罩起来，使测量免受外部电场的影响。; 2. 场致发射显微镜 右图是场致发射显微镜的原理图。在真空玻璃泡内充以少量氦气并在中心放置被测试金属针，泡的内壁涂敷荧光导电膜。若在金属针与荧光导电膜之间有很大的电势差，泡内上部空间会产生辐射状的电场。氦分子在尖端处被电离成氦离子并沿辐射状电场线射向荧光导电膜。于是就在膜上产生一个荧光点，它就是该氦离子与金属尖端相碰的那个金属原子的“像”。利用荧光膜上的光点将描绘出金属针尖端表面的原子分布图像。; 3. 范德格拉夫静电高压起电机 这种起电机是利用导体空腔所带电荷总是分布在外表面的原理做成的。右图是范德格拉夫静电高压起电机的示意图，起电机工作时A的电势可达2?106 V。这种装置是静电加速器的关键部件，主要用于加速带电粒子以进行核反应实验，也用于离子注入技术以制备半导体器件。; 4. 库仑平方反比律的精确证明 由于库仑定律是电磁理论的基本规律之一，另外，库仑定律是否为严格的平方反比律，即在下式中?是否严格等于零，是与一系列重大物理问题相联系的;§ 9-5 静电场中的金属导体;例28：两块导体平板平行并相对放置，所带电量分别为Q和Q? ，如果两块导体板的面积都是S，且视为无限大平板，试求这四个面上的面电荷密度。;例29: 一导体空腔带有电荷＋3Q（如图（a）），现将一电荷元－2Q的物体不与导体接触地放入空腔中（如图（b）），试问空腔内外表面上各带若干电荷？如再将一电荷为＋4Q的物体接近该导体空腔的外测，空腔内外表面上的电荷分布又如何？;§9-6 电容和电容器;二、电容器：;①Q是哪里的电荷； ②C是正值； ③C只与电容器的形状、大小及填充的介质有关。;1. 平行板电容器;2. 同心球形电容器;3. 圆柱形电容器（同轴电缆）;§9-6 电容和电容器;四、电容器的联接;2.串联电容器的电容;例30：如图所示，空气平板电容器是由两块相距0.5 mm的薄金属片A、B所构成。若将此电容器放在一个金属盒K内，金属盒上、下两壁分别与A、B都相距0.25 mm，电容器的电容变为原来的几倍？;例30 : 两根距离为d 的平行无限长直导线带等量异号电荷, 构成电容器，设导线半径ad，求单位长度的电容。;§9-6 电容和电容器; 一、电介质的极化 绝缘体都属于电介质。在这种物质中，不存在自由电荷，但是在静电场的作用下，电介质的表面上会出现电荷，称为极化电荷。电介质出现极化电荷的现象，称为电介质极化。;极化的种类;二、电极化强度 (polarization);三、极化强度与极化电荷的关系;极化强度沿任意闭合曲面的面积分(即P对该闭合曲面的通量)，等于该闭合曲面所包围的极化电荷的负值。 ;Date; 处于静电场E0中的电介质由于极化而在其表面上产生极化电荷，极化电荷在空间产生的电场称为附加电场，用E ?表示。空间各处的电场强度E应为外加电场E0与附加电场E ? 的矢量和，即;以平行板电容器为例 , 如果极板电容器上所带自由电荷面密度分别为?? 和??， 则两板之间的电场强度的大小为E0=s /e 0 。在电容器内充满均匀电介质时E=s /e0 。总电场强度E 的大小可以表示为 ; 联立 ? r = 1+?e 可以得到;在保持电容器极板所带电量不变的情况下，电容与电势差成反比，所以;五、电介质存在时的高斯定理;自由电荷;六、边界条件;在上述两种介质分界面处作一矩形回路ABCDA，使两长边(长度为?l )分别处于两种介质中，并与界面平行，短边很小，取界面的切向单位矢量 t 的方向沿界面向上。由静电场的环路定理得;§9-7 静电场中的电介质;例32：半径为R的金属球带电量Q，球外同心的放置相对电容率为? r的电介质球壳，球壳的内、外半径分别为R1和R2 。求空间各点的电感应强度D、电场强度E以及电介质球壳表面的