第10章-静电场中的导体和电介质.ppt

* * MNUST SHISHI· CHINA 静电场中的 导体和电介质 大学物理学 闽南理工学院 2012·ZXChen 第十章 + + + + + + + + + 一 静电平衡条件 1.静电感应现象 + §10-1 静电场中的导体 远离场电荷 移近场电荷 感应电荷 金属导体内含有大量自由电子，在不受外电场作用时，自由电子只做无规则的热运动，不会发生宏观的定向运动，因此呈电中性。 当金属导体放入电场中时，自由电子会做定向运动，使导体一侧出现负电荷，另一侧出现正电荷，这种现象称为静电感应。由静电感应产生的电荷称为感应电荷。 + + + + + + + + 2.静电平衡 金属导体中没有自由电子定向运动的状态称为静电平衡。建立静电平衡的过程是静电感应的产生并达到稳定状态的过程。 静电平衡条件： （1）导体内部任意一点处的电场强度均为零； （2）导体表面外侧，电场强度与导体表面处处垂直。 + + + + + + 推论：导体为等势体 导体表面为等势面 导体内各点电势相等 二 静电平衡时导体上电荷的分布 结论：导体内部无净电荷， 电荷只分布在导体表面。 1.实心导体 实心带电导体 任一高斯面 + + + + + + + + + + 2. 空腔导体 1）空腔内无电荷时 因此，电荷只能分布在表面 空腔带电导体 任一高斯面 空腔导体内表面上有电荷吗？ 由 得 思考 空腔带电导体 若内表面带电，必等量异号 结论：空腔内无电荷时，内表面无电荷， 电荷分布在外表面。　　 与导体是等势体相矛盾 － ＋ 高斯面 + + + + + + + + + + 2）空腔内有电荷时 不带电导体空腔内有电荷+q 时， 导体内表面有感应电荷-q ， 导体外表面有感应电荷+q 。 + 高斯面 q q -q 空腔导体 结论:静电平衡时 按高斯定理 作扁圆柱形高斯面 3.导体表面附近场强与电荷面密度的关系 + + + + + + + ? ?S 足小的概念！ 场电荷为何！ 4.导体表面电荷分布规律 曲率大处，即曲率半径小处，电荷面密度大； 曲率小处，即曲率半径大处，电荷面密度小。 + + + + + + + + + + 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。 尖端放电现象: 电风实验 + + + + + + + 1. 屏蔽外电场 用空腔导体屏蔽外电场 三 静电屏蔽 在静电场中因导体的存在，使某些特定区域不受影响的现象。 2.屏蔽内电场 + + + + + + + + 接地空腔导体屏蔽内电场 空腔导体可以屏蔽外电场, 使空腔内不受外电场影响.这时,整个空腔导体和腔内的电势处处相等。 接地空腔导体使外部空间不受空腔内的电场影响.接地导体电势为零 一 电介质对电场的影响 相对电容率 相对电容率 电容率 + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - §10-2 静电场中的电介质 电介质 二 电介质的极化 电介质：是绝缘体，其内部没有可以自由移动的电荷。但在外电场的作用下电介质的表面会出现电荷，这种电荷不能自由移动，称为束缚电荷或极化电荷。 在外电场作用下电介质的表面出现束缚电荷的现象，称为电介质的极化。 三 电介质中的电场强度 如，电量为q 的点电荷，在相对电容率为 的电介质中的场强为 可以证明，在任何静电场中，在均匀电介质 充满电场的情况下，电介质内的场强 的大小 等于自由电荷产生（或真空中）场强 的 ， 称为电容率。 式中 §10-3 电位移 有电介质时的高斯定理 以两平行带电平板间充满电介质为例讨论有电介质时的高斯定理 如图，取侧面与平板垂直的柱面为高斯面，两底面与平板平行，面积为ΔS，下底面在电介质内。设平板面积为S0 ，所带自由电荷量为Q0 ，则电介质内的场强为 根据真空中的高斯定理： 可得 或 式中 是电介质的电容率。 令 ，称为电位移矢量，单位C/m2 可以证明，上式在一般情况下也成立，即 上式表明：在静电场中，通过任意闭合曲面的电位移通量等于该闭合曲面内所包围的自由电荷的代数和。 则有 ， 称为电位移通量 ——有电介质时的高斯定理 （各向同性的均匀介质） 为R1的长直圆柱导体和同轴的半径为R2的导体薄圆筒间充满相对电容率为εr 的电介质。设直导体和导体圆筒单位长度所带电荷分别为+λ和-