晶格点阵自由电子演示感应电荷导体的静电平衡时的性质1导体.PPT

* 第 12 章 导体电学 12.1 导体的静电平衡性质 + + + - - - - - - 一、导体的静电平衡状态 静电感应： 在外电场作用下，导体内自由电子有宏观移动，导体表面出现宏观电荷分布的现象。 静电平衡： 当导体内部和表面都没有宏观的电荷移动时，导体处于静电平衡。此时，感应电荷产生的附加电场与外加电场在导体内部相抵消。 从微观上看：晶格点阵+自由电子 演示 感应电荷 二、导体的静电平衡时的性质 1. 导体内部，场强处处为零。 如导体内部电场强度不为零，自由电子就要受到电场力的作用而发生宏观运动！ 2. 导体内各处电势相同,导体为等势体导体表面为等势面。 在导体上任意两点间的电势差为： 1. 电荷只分布在导体表面上，导体内部处处不带电 在导体内任取一高斯面 S，由高斯定理： ?高斯面为任意 三、静电平衡时导体上电荷的分布(实心导体 ) 导体内部没有净电荷，电荷只能分布在导体表面。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + （导体内部） 导体 2. 导体表面电荷与导体表面外侧电场的关系 设导体表面上的电荷面密度和表面外侧电场强度如图所示 对如图所示高斯面，应用高斯定理： 导体表面和表面附近的场强 与该表面的电荷面密度成正比 Q （1）在导体表面曲率为正值且较大的地方电荷面密度较大 3. 静电平衡下的孤立导体 实验研究导体电荷的定性分布：其表面处面电荷密度?与该表面曲率有关 （2）在曲率较小部分电荷面密度较小 当表面凹进时，曲率为负值，电荷面密度更小。 演示 尖端放电 孤立导体 对于具有尖端的带电体，因为尖端的曲率很大，分布的面电荷密度也大，所以它周围的电场很强，当场强超过空气击穿场强时，就会发生空气被电离的放电现象，称为尖端放电。 演示 S + - + + + + + + + + + + + + + + + + + + 四、静电平衡时导体上电荷的分布 （腔中无电荷的空腔导体） 在导体内任取一高斯面 有一部分是正电荷，另一部分是等量的负电荷 这种情况也是不可能出现的 五、静电平衡时导体上电荷的分布 （腔中有电荷的空腔导体） 在腔外 +q, -q产生的 抵消 + 1. 空腔导体起到屏蔽外电场的作用。 根据导体腔的电学性质；可以利用空腔导体对腔内、外进行静电隔离。 - - - - - - 六、静电屏蔽的装置 仪器 + + + + + + + + + + + + + 2. 接地的空腔导体可以屏蔽内、外电场的影响。 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + 仪器 + + + + + + + + + + + + + + + + + + 根据导体腔的电学性质；可以利用空腔导体对腔内、外进行静电隔离。 演示 + 卡文迪许 1971年 光子静质量 [例题12-1] 两块近距离放置的导体平板，面积均为S，分别带电q1和q2。求平板上的电荷分布。 解： q1 q2 B A 由静电平衡条件，导体板内没有电场 ?2 ?3 ?4 ?1 电荷守恒： 特例： 当两平板带等量的相反电荷时， 电荷只分布在两个平板的内表面！ 由此可知：两平板外侧电场强度为零，内侧 ——这就是平板电容器。 q1 q2 B A ?2 ?3 ?4 ?1 [例题12-2] 无限大的带电平面的场中平行放置一无限大金属平板求：金属板两面电荷面密度。 解： 设金属板面电荷密度 由对称性和电量守恒 ? 导体体内任一点P场强为零 ? [例题12-3] 原来不带电的导体球附近有一点电荷,如图所示。求（1）导体球上的电势；（2）若导体球接地，导体上感应电荷的电量 解: 设：感应电荷面密度为? （1）导体是个等势体，若求出O点的电势，即为导体球的电势。 （2）导体球接地 导体是个等势体，O点的电势为 0 ， 则： 设：感应电荷面密度为? [例题12-4] 半无限大接地导体附近有一点电荷q，求导体表面的感应电荷面密度。 解： 在电荷q 的感应下，导体表面上将出现感应电荷分布，对O点对称，用 ? (r) 表示。 P P点处导体表面内侧电场强度为零，则z方向的电场强度分量为： 12.2 电容器及电容 一、孤立导体的电容 电容只与导体的几何因素（及周围介质）有关，反映导体带电多少的本领——固有的容电本领 SI：法拉 F 孤立导体的电势与带电量有关； 定义 ——孤立导体的电容 带电量相同时不同形状和大小的孤立导体电势不同，但是 真空中孤立导体球的电容