第3章 导体.ppt

静电屏蔽 金属罩 仪器 + + + + + + 带电体 [例3] 一内外半径分别为R1及R2的导体球 壳，该球内同心地放置一半径为r 的导体球， 让球壳和小球分别带上电量 Q 及 q 。 试求： (1)小球及球壳内、 外表面的电势； (2)两球的电势差； (3)若球壳接地， 再求两球的电势差。 Q q r R1 R2 * 第三章 静电场中的导体 §3.1 导体的静电平衡条件 §3.3 有导体存在时静电场的分析和计算 §3.4 静电屏蔽 §3.2 静电平衡的导体上的电荷分布 *§3.5 唯一性定理 (略） 导体 绝缘体 半导体的概念 1.导体(Conductor) 存在大量可自由移动的电荷 2.绝缘体(Dielectric) 理论上认为一个可自由移动的电荷也没有. 绝缘体也称 电介质 3.半导体(Semiconductor) 介于上述两者之间 本章讨论金属导体与电场的相互影响 讨论导体带电和它周围的电场有何关系 . 本章研究的问题 §3.1 导体的静电平衡条件 一、静电感应与静电平衡 静电感应——在静电场力作用下，导体中电荷重新分布的现象。 第3章 静电场中的导体 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + + 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + + + 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + + + + + 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + + + + + 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + + + + + + 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + + + + + + + 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + + + + + + + + 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + + + + + + + + + 导体的静电感应过程 + 加上外电场后 E 外 + + + + + + + + + 导体的静电感应过程 + 加上外电场后 E 外 + + + + + + + + + + E + + + + + + + + + E 外 E 感 + = = 内 0 导体达到静平衡 E 外 E 感 用场强来描写： 1. 导体内部场强处处为零； 2. 表面场强垂直于导体表面。 静电平衡——导体中电荷的宏观定向运动 终止，电荷分布不随时间改变。 用电势来描写： 1. 导体为一等势体； 2. 导体表面是一个等势面。 静电平衡条件： 导体静电平衡时，导体各点电势相等， 即（1）导体是等势体（2）表面是等势面。 证：在导体内任取两点 和 导体等势是导体内部电场强度处处为零的必然结果 静电平衡条件的另一种表述 二.静电平衡状态下导体的性质 §3.2 静电平衡的导体上电荷的分布 1.导体体内处处不带电 证明：在导体内任取体积元 由高斯定理 ?体积元任取 证毕 导体带电只能分布在表面！ 由导体的静电平衡条件和静电场的基本性质， 可以得出导体上的电荷分布。 2.导体表面电荷 导体 设导体表面电荷面密度为 相应的电场强度为 设P是导体外紧靠导体表面的一点 ^ ：外法线方向 ^ 写作 导体表面 3.孤立带电导体表面电荷分布 尖端放电 孤立带电导体球 孤立导体 对于孤立的带电导体，一般情况比较复杂；电荷的定性分布实验表明： 在表面凸出的尖锐部分(曲率是正值且较大)电荷面密度较大， 在比较平坦部分(曲率较小)电荷面密度较小， 在表面凹进部分带电面密度最小。 荧光质 导电膜 + 高压 场离子显微镜(FIM) 金属尖端的强电场的应用一例 接真空泵或充氦气设备 金属尖端 接地 原理： 样品制成针尖形状，针尖与荧光膜之间加高压，样品附近极强的电场使吸附在表面的原子电离，氦离子沿电力线运动，撞击荧光膜引起发光，从而获得样品表面的图象。 3.电荷守恒定律 §3.3 有导体存在时静电场的分析与计算 原则: 1.静电平衡的条件 2.基本性质方程 2 q q 1 2 σ 1 σ 4 σ 3 σ + + = 1 σ ε o 2 2 σ ε o 2 3 σ ε o 2 4 σ ε o 2 0 b点： [例1]已知两金属板带电分别为 q1 , q2 求： σ1 , σ2 , σ3 , σ4 。 . E 1 E E E 2 3 4 b = 1 σ ε o 2 2 σ ε o 2 3 σ ε o 2 4 σ ε o 2 0 同理a点： = S 2 σ S 1 σ + q 1 = 1 σ ε 2 2 σ ε 2 3 σ ε 2 4 σ ε 2 0 o o o o