[理学]12电场与导体.ppt

* 两条实验定律 两个出发点 两个基本性质 ●电荷受力 ●电场力作功 两个物理量 ● 电场强度 ●电势 ●库仑定律 ●叠加原理 ● 高斯定理 ●环路定理 《静电场》复习 Contents chapter 9 interaction of electrostatic field with conductor 电容 capacity 静电场与电介质的相互作用 interaction of electrostatic field with dielectric 有电介质存在时的静电场 Electrostatic field in dielectric 电场的能量 energy of electric field 静电场与导体的相互作用 9 - 1 + + + + + + + + + 一 导体的静电平衡 感应电荷 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 导体内电场强度 外电场强度 感应电荷电场强度 金属球放入前电 场为一均匀场 E + + + + + + + E 金属球放入后电力线发生弯曲,电场变为非均匀场 + + + + + + 导体是等势体 （1）导体内部任何一点处的电场强度为零； （2）导体表面处的电场强度的方向,都与导体表面垂直. 导体内部电势相等 导体表面是等势面 三 静电平衡时导体上电荷的分布 + + + + + + + + + + 结论 导体内部无净电荷 1　实心导体 2　有空腔导体 空腔内无净电荷 净电荷分布在表面上 内表面上有电荷吗？ 若内表面带电 所以内表面不带电 + + - - 结论净电荷分布在外表面上（内表面无电荷） + + + + + + + + + + 矛盾 导体是等势体 空腔内有电荷 电荷分布在表面上 内表面上有电荷吗？ 结论 当空腔内有电荷 时,内表面因静电感应出现等值异号的电荷 ，外表面有感应电荷 （电荷守恒） 3　导体表面电荷分布 导体表面上的电荷分布情况，不仅与导体表面形状有关，还和它周围存在的其他带电体有关。 静电场中的孤立带电体：导体上电荷面密度的大小与该处表面的曲率有关。 曲率较大，表面尖而凸出部分，电荷面密度较大 曲率较小，表面比较平坦部分，电荷面密度较小 曲率为负，表面凹进去的部分，电荷面密度最小 + + + + + + + + + 带电导体尖端附近电场最强 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，即尖端放电 . 尖端放电会损耗电能, 还会干扰精密测量和对通讯产生危害 . 然而尖端放电也有很广泛的应用 . 尖端放电现象 尖端放电现象的利与弊 电风实验 + + + + + + + + + + 避雷针 尖端放电现象的利用 当不断的给导体充电时，火焰就好象被风吹动一样朝背离尖端的方向偏斜。这就是尖端放电的结果。因为在尖端附近强电场的作用下，空气中残留的离子会发生激烈的运动。在激烈运动的过程中它们和空气分子相碰时，会使空气分子电离，从而产生了大量新的离子，这就使空气变得易于导电。与尖端上电荷异号的离子受到吸引而趋向尖端，最后与尖端上的电荷中和。与尖端上电荷同号的离子受到排斥而飞向远方，蜡烛火焰的偏斜就是受到这种离子流形成的“电风”吹动的结果。上述实验不断充电，就是为了防止尖端上的电荷因不断与异号的离子中和而逐渐消失，使得“电风”持续一段时间，便于观察。 　 3.表面曲率的影响，尖端放电: 避雷针的工作原理 云层带电 绝大多数带电云底层带负电,顶层带正电 接地 当异性带电中心之间的空气被其强大的电场击穿时，就形成云间放电（即闪电）。　　带负电荷的云层向下靠近地面时，地面的凸出物、金属等会被感应出正电荷，随着电场的逐步增强，雷云向下形成下行先导，地面的物体形成向上闪流，二者相遇即形成对地放电 。这就容易造成雷电灾害。 第一类空腔(空腔导体内部无电荷) 空腔内表面不带任何电荷; 空腔内部及导体内部电场强度处处为零。 可以利用空腔导体来屏蔽外电场，使空腔内的物体不受外电场的影响。 1、静电屏蔽现象 1 外电场 空腔导体屏蔽外电场 第二类空腔(空腔导体内部有电荷) 内部面将感应异号电荷，外表面将感应同号电荷。 + q –q 若把空腔外表面接地，则空腔外表面的电荷将中和，空腔外面的电场消失。 空腔内的带电体对空腔外就不会产生任何影响。 高压设备都用金属导体壳接地做保护 在电子仪器、或传输微弱信号的导线中都常用金属壳或金属网作静电屏蔽。 2、应用 2 球与球壳间的电势差仅与球上的电量 有关，与球壳的带电量无关。 9 - 2 关于电容