大学物理第3章静电场中的导体.ppt

第三章静电场中的导体 本章目录 导体的静电平衡条件 处于静电平衡下导体电荷的分布 静电屏蔽 静电的应用 教学要求 了解导体的内部结构，掌握导体的静电感应现象及其静电平衡条件； 运用静电平衡条件分析导体在静电场中的电荷、场强、电势的分布问题； 掌握静电屏蔽的原理及其应用； 了解静电在生产生活中的其他应用。 §3.1 导体的静电平衡条件（electrostatic equilibrium） 当金属导体处于外电场中时，这种电中性的状态将被打破！！ ————导体内电荷在外电场作用下重新分布的现象 3.1.2 导体的静电平衡条件1 静电平衡状态 导体进入外电场后，自由电子将在电场力的作用下定向运动，从而在左、右两端分别出现富余的负、正电荷,称为感应电荷。 感应电荷建立起附加电场 E感，导体中的总电场为 E=E0+E感。 如果 E0 E感，则自由电子将继续定向移动，感应电荷增加，附加电场加强；直到 称导体达到了静电平衡状态。 导体内部任一点的电场强度都为零。 （导体内无电力线，内部场强处处为零） 2.导体在静电平衡状态下的一些特殊性质 导体是等势体，导体表面是等势面。 在导体内部任取两点P和Q，它们之间的电势差可以表示为 导体表面的电场强度方向与导体的表面相垂直。 导体上感应电荷对原来的外加电场施加影响，改变其分布。 §3.2 处于静电平衡下导体电荷的分布 1.实心导体的情况： §3.3 静电屏蔽 3.3.1 静电屏蔽 为了避免外界电场对内部产生电场的影响，或处于内部的电器设备的电场对外界产生影响，引入一个空腔导体，使其内部不受外电场影响，同时也使电器设备的电场不再影响外界，这种现象就叫做“静电屏蔽”。 2、内部有带电体的空腔导体（1）外面的电场不会影响空腔内部的电场分布，但在外表面的感应电荷将会对空腔外产生影响——“外屏蔽” 电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作业，使人安全作业。 思考：（3）金属球壳和金属球的电势各为多少？ 静电喷漆 静电复印机 1）导体表面凸出而尖锐的地方（曲率较大） 电荷面密度较大 2）导体表面平坦的地方（曲率较小） 电荷面密度较小 3）导体表面凹进去的地方（曲率为负） 电荷面密度更小 B 孤立 导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 导体球 孤立带电 C A 孤立球体表面电荷均匀分布。 在导体的尖端附近, 场强很大。 当达到一定量值时,空气中原留有的离子将发生激烈的运动,并获得足够大的动能与空气分子碰撞而产生大量的离子。 其中，和导体上电荷异号的离子,被吸收到尖端上,与导体上的电荷中和,而和导体上电荷同性的离子,则被排斥而离开尖端,作加速运动。这使得空气被“击穿”而产生的放电现象，称为尖端放电现象。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 由于尖端放电产生的“电风” 4.尖端放电 尖端放电原理的应用 避雷针： 是利用尖端放电使建筑物避免“雷击”的。 法拉第笼实验 在静电平衡状态下 1、内部无带电体的空腔导体 空腔导体外的电场由空腔导体外表面的电荷分布和其它带电体的电荷分布共同决定。 外面的带电体不会影响空腔内部的电场分布 静电屏蔽原理 (2)接地的空腔导体 空腔外面的电场不会影响内部（外屏蔽），空腔内的带电体对外面也不产生影响（内屏蔽）。 ————“全屏蔽” 3.3.2静电屏蔽的应用 精密电磁仪器金属外罩 使仪器免受外电场干扰 高压设备金属外罩避免其电场对外界产生影响. 电磁信号传输线外罩金属丝编制屏蔽层免受外界影响. 例题3-4：一个不带电的金属球壳的内、外半径分别为 R 1 和 R 2 ，今在中心处放一电量为 q 的金属球（半径为r0），则金属球壳的内、外表面带电量各为多少？空间各点处场强如何分布？ 解 ：（1）根据导体静电平衡条件，设导体球壳内表面（R 1 处）所带电量为 Q1 ，则 Q1 + q = 0 得： Q1 = - q 同时，导体球壳外表面（ R 2 处）将感应出 Q 2 = - Q 1 = q 的电荷。 R 1 R 2 r0 q 在金属球壳外（ r R2时）： 作过 r 处的高斯面 S 2 R 1 R 2 r0 q （2）在金属球内（ r r 0 时）：电场 在金属球壳与导体球之间（r0 r R1时）： 作过 r 处的高斯面S1 在金属球壳内（R1 r R2时）：电场 解：设金属球壳的电势为U壳 ，则： 设金属球的电势为U球