- 1、本文档共92页,可阅读全部内容。
- 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
2012级物理学专业
第二章
导体周围的静电场
前言(Preface)
静电场中的导体
(Conductor in electrostatic field)
封闭导壳内外的场
(Field of confining conductor shell)
电容器及其电容
(Capacitor and its capacity)
带电体系的静电能
(Charged bodies electrostatic energy)
前言(Preface)
一、本章的基本内容及研究思路
本章和下章是前面内容的深入和发展 ,因为研究对象仍然是相对于观察者静止的电荷分布所产生的场,所以静电场的普遍规律仍是本章研究问题的理论基础。基本内容及研究思路是: 首先说明金属导体的电结构特点和导体的静电平衡条件,然后以此为前提,以静电场的普遍规律—高斯定理和环路定理为根据,讨论导体(包括空腔导体和导体组)的静电性质(导体在静电平衡时电荷分布﹑场强分布和电势分布等特点) 。教材从导体组静电性质的角度讨论了电容器的构造,电容的定义和计算以及电容器的联接等问题。电容器的主要功能是充放电,其规律在后面讨论。
二、本章的基本要求
1.了解金属导体电结构的基本特点,理解静电感应现象,了解静电平衡建立的过程;
2.掌握导体的静电性质,能从静电平衡条件出发,根据静电场的基本规律分析论证导体在静电平衡时的电势分布、电荷分布、场强分布等特点;
3.理解并初步掌握用电场线的性质讨论导体静电平衡问题的基本方法;
4.掌握空腔导体静电平衡时腔内表面电荷分布的特点及其论证方法,理解静电屏蔽的原理,了解静电屏蔽的应用;
5.掌握电容的概念及电容器的串、并联公式,会求几种典型电容器(平行板、球形、圆柱形)的电容;
6.掌握点电荷组﹑电容器的能量表示式。
三、几个术语
带电导体:总电量不为零的导体;中性导体:总电量为零的导体;孤立导体:不受其它电荷影响的导体;
§2.1 静电场中的导体
(conductor in electrostatic field)
2.1.1 静电平衡
带电体系中的电荷静止不动,电场的分布不随时间而改变的状态,称为静电平衡状态。
导体的静电平衡的必要条件就是其体内的场强处处为零。反证法可以说明:如果导体内的电场不是处处为零,则在 E 不为零的地方自由电荷就要受到电场力的作用发生移动,这样就不是静电平衡。
这里说的“场强”是所有电荷共同激发的总场强,是一个合贡献。“内部处处场强为零”中的“处处”,也即“点点”,这个点指导体内宏观的点,即物理无限小体元。
下面来看导体从非平衡态趋于平衡态的过程:
考虑一个不带电的导体,在其周围没有带电体时,它的内部以及表面上电荷处处为零,导体内部各点场强为零,从而导体内部各点场强为零,这是个最简单的静电平衡状态。
当把一个不带电的导体放在外场 中,在导体所占据的那部分空间里本来是有电场 存在的,各处的电势不同。
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
+
-
-
+
2、导体内部没有净电荷,电荷只能分布在导体表面。
证明:设有一带电导体,在导体内任取一点 P,围绕P 点作一很小的闭合曲面,运用Gauss定理,
另外采用反证法:如果导体内有电荷存在,它将在周围激发电场,有电场线,沿着电场线的方向将有电势降落,这与等势体相矛盾。
3、在导体外,紧靠导体表面的点的场强方向与导体表面垂直,场强大小与导体表面对应点的电荷面密度成正比。
证明:①导体表面带电,场强在带电面上有突变所以一般不谈导体表面的场强而谈导体外紧靠导体表面的各点的场强,即谈“导体表面附近点的场强”;
② 由于电场线处处与等势面正交,所以导体外的场强必与它的表面垂直;
③ 场强大小与面电荷密度成正比,可由Gauss定理求得:
导体表面
△S2
△S1
P
在导体外紧靠表面任取一点P ,该点的场强
,在P点附近的导体表面上取一面元△S1,这面元取得充分小,使得其上的电荷面密度σ可认为是均匀的,以 为轴, △S1为底作一Gauss面,使园柱侧面与△S1垂直,园柱的上底通过 P,下底在导体内部,两底都与△S1平行,并无限靠近,因此通过Gauss面的电通量为
在Gauss面内所包围的电荷为 ,因而得到
即:
由此得到结论:
导体表面电荷密度大的地方场强大,面电荷密度小的地方场强小。
2.1.2带电导体所受的静电力
从理解上式 出发:
a、电荷面密度σ是Δs上面的,而E是所有电荷产生的总场强;
b、此
文档评论(0)