大物电磁学-第四章静电场中的导体资料.ppt

* 场强分布 * 或 同理 如第二块金属板右边接地 左边导体板总电量不变，但右边导体板 总电量变化 * ② 导体内任意一点场强=0 * 五、静电屏蔽(Electrostatic Shielding) 空心导体如果腔内没有净电荷，在静电平衡时，电荷都分布在外表面，内部无电场，所以，如果把任一物体放入空心导体的空腔内，该物体就不会受任何电场的干扰，这就是静电屏蔽的原理。 以静电平衡为前提 6-4 静电屏蔽 第四章 静电场中的导体 * * 教学基本要求 一、掌握静电平衡的条件，掌握导体处于静电平衡时的电荷、电势、电场分布. 二、了解电介质的极化机理，掌握电位移矢量和电场强度的关系.理解电介质中的高斯定理，并会用它来计算对称电场的电场强度. 三、理解孤立导体的电容，掌握电容器的电容，能计算常见电容器的电容. 四、理解电场能量密度的概念，掌握电场能量的计算. * 将实物按电特性划分： 导体 半导体 绝缘体 非导体带电体 ② 电荷体密度 导体带电体 ① 所带电荷在带电体上不能自由移动 ① 所带电荷在带电体上可以自由移动 ② 电荷体密度 ，电荷只能分布在表面 （ 静 电 平 衡 状 态 时） * + + + + + + + + + 感应电荷 + 一、静电感应(Electrostatic Induction) 当导体受到外电场作用时，不论导体原来是否带电，导体中的运动电荷，在外电场力的作用下，将相对于晶体点阵作宏观运动，引起导体上电荷重新分布的现象，称为静电感应现象。 6-1 导体的静电平衡条件 * + + + + + + + + Electrostatic Equilibrium 当外电场和导体上重新分布的电荷所产生的电场对自由电荷的作用相互抵消，导体中宏观的电荷运动停止，电荷又达到新的平衡分布，这种状态称为静电平衡。 二、静电平衡(Electrostatic Equilibrium) 6-1 导体的静电平衡条件 * 三、静电平衡条件 （1）导体内部任何一点的场强等于 0 。 （2）导体表面任何一点的场强都垂直表面 。 例如：在均匀场放入一导体的情况 表面出现感应电荷 电荷积累到一定程度 电荷不动 达静电平衡 推论： 1o 导体是等势体。 2o 导体表面是等势面。 6-1 导体的静电平衡条件 * 1. 导体内无净电荷， 电荷体密度 电荷只能分布在表面上。 四、导体上电荷分布 体内无净电荷,即： 电荷分布在表面上。 ②空腔导体 ①实心导体: 电荷全分布在导体外表面 内表面无净电荷 腔内无电荷： 导体上无净电荷， 电荷体密度 6-2 静电平衡的导体上的电荷分布 * 腔内有电荷q: 空腔导体带电Q 导体上无净电荷， 电荷体密度 空腔导体内表面带电总量 空腔导体外表面带电总量 +q Q S +q * 2. 带电导体表面附近任一点的场强大小与该点 附近导体表面的电荷面密度成正比,即： 方向: 垂直该场点附近的导体表面 * 3 电荷面密度与导体表面曲率的关系 孤立导体：在给定电荷情况下电荷分布有如下定性规律 实验结论：面电荷密度正比于表面曲率 （表面凸起处） 即： （表面凹进处） （表面较平坦处） E ? ? 表面尖端处，E较大 表面平坦处，E较小 表面凹进处，E最弱 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + * 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． 尖端放电现象 * 电风实验 + + + + + + + + + + 在尖端附近强电场的作用下，空气中散存的带电粒子加速运动，并获得足够大的能量，以至它们和空气分子碰撞时，能使后者离解成电子和离子，这些新电子和离子与其它空气分子碰撞时，又能产生大量新的带电粒子。与尖端上电荷异号的带电粒子受尖端电荷的吸引，飞向尖端，使尖端上的电荷被中和掉；与尖端上电荷同号的带电粒子受到排斥而从尖端附近飞开，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。 * 静电感应 电晕放电 可靠接地 带电云 避雷针的工作原理 + + + + － － － － － + + － － + * 例.半径为R的金属球与地相连接，在与球心 相距d=2R处有一点电荷q(0)，问球上的 感应电荷 q=? 解： 利用金属球是等势体 球体上处处电势: 球心处： Uo= 0 U= 0 q = q ？ * 例1 一半径为 R1的带电球体A，总电量 ，在它外面有一个同心的带电球壳B，其内外半径分别为R2 和R3 ，总电量Q。 试求: （1）此系统的电场 分布及电势分布。 四、有导体存在时静电场的分析与计算