大学物理：chapter-7 -6 静电场中的导体.ppt

§7-6 静电场中的导体 一、导体的静电平衡 金属导体：存在大量可移动的自由电子， 自由电子对电场变化响应很快（10－19s）。 有导体存在时电场的性质？ 电场一般利用带电导体形成。 只讨论各向同性、均匀的金属导体。 静电平衡：导体放入电场 ? 自由电子定向运动 ? 改变导体电荷分布 ? 改变电场 ? ···· 静电平衡的形成： —称此状态为静电平衡状态 导体内部和表面无自由电荷的定向移动 最终达到: 在外电场影响下，导体表面不同部分出现正负电荷的现象。 感应电荷产生的附加电场与外加电场在导体内部相抵消。此时，导体内部和表面没有电荷的宏观定向运动。 静电感应现象： 静电平衡状态： 感应电荷将影响外电场的分布 导体的静电平衡性质 2. 导体内部的电场强度处处为零。导体表面的电场强度垂直于导体的表面。 1. 导体内部和导体表面处处电势相等，整个导体是个等势体，导体表面成为等势面。 二、导体上的电荷分布 1、处于静电平衡的导体，内部净电荷处处为零，电荷只能分布在表面上。 体积 可任取的足够小，则 实心导体，电荷只分布在表面上。 【思考】场强E只由电荷 ??S 产生吗？ 2、静电平衡导体的表面电荷密度，与当地表面紧邻处的电场强度的大小成正比。 来自电荷? dS的贡献 其他电荷贡献 3、孤立导体处于静电平衡时，表面各处的电荷面密度与其表面曲率有关，曲率越大的地方，电荷面密度也越大（电场强度也大）。 【演示实验】 尖端放电 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 静电平衡导体 尖端放电 雷击尖端 尖端放电 避雷针 电晕 静电除尘 + - + + + + + + + + + - + + 导体与静电场相互作用问题计算基本原则 导体静电平衡的条件 静电场基本方程 电荷守恒定律 例7-19 两块大导体平板，面积为S，分别带电荷q1和q2，两极板间距远小于平板的线度。求平板各表面的电荷密度。 解： ?2 ?3 ?4 ?1 q1 q2 B A 电荷守恒 由静电平衡条件，导体板内 E = 0 。 ?2 ?3 ?4 ?1 q1 q2 B A （一）、空腔导体内外的电荷分布 三、空腔导体内外的静电场与静电屏蔽 空腔内部没有带电体（静电平衡时） 电荷只分布在导体外表面上，内表面无电荷分布。 【演示实验】 空心导体 静电平衡分析依据 Ei=0，Es垂 直导体表面 【思考】移动腔内带电体或改变腔内带电体电量，是否影响内、外表面电荷分布？ 由导体内场强为零和高斯定理：内表面带与腔内带电体等量异号电荷-q，外表面等量电荷q。 空腔内部有带电体（静电平衡时） 【思考题解答】 移动金属腔内带电体，不影响外表面电荷分布，只影响内表面电荷分布；改变腔内带电体的电量，影响内、外表面电荷分布。 + + + + + + + + + + + + + + + + 带电体 S （二）、静电屏蔽 空腔导体内外的静电场分析 空腔内无带电体 无论腔外带电体如何变化，导体内部和空腔处电场处处为0，不受外界影响，腔外场强有腔外表面电荷和腔外带电体共同决定。 空腔内有带电体 以下重点分析腔内有带电体情况 1、空腔不接地 Qin Qout -Qin Qin S 等势体 腔外空间的边值条件： Qin 、Qout 腔内空间的边值条件： Qin 、 – Qin 腔外Qout位置和数量变化，不改变腔内空间的边值条件，因此，不改变腔内空间电场分布。 腔内Qin位置变化，不改变腔外空间电场分布。 但腔内Qin数值变化，改变腔外表面电荷Qin，因此，将改变腔外空间的电场分布！ 2、空腔接地 腔内边值条件： Qin 、V 腔外边值条件： Qout 、V=0 腔外Qout位置和数量变化，不改变腔内空间的边值条件，因此，不改变腔内空间电场分布。 腔内Qin位置和数量变化，不改变腔外空间电场分布。 Qin Qout VS=0 S V=0 -Qin 不论导体壳是否接地，壳内电场都不受壳外电荷位置和数量变化的影响，壳外电场也不受壳内电荷位置变化的影响。 但为了使壳外电场不受壳内电荷数量变化的影响，导体壳必须接地。 静电屏蔽 一个接地的封闭金属壳（空腔），可以起到壳（腔）内外互不影响的屏蔽作用。 总结 Qin Qout VS=0 S V=0 -Qin 静电屏蔽的应用 金属表面对电磁波有很强的反射作用，反射系数几乎是1。所以封闭的金属导体壳可以完全屏蔽电磁波。 电磁波进入导体的深度称为“穿透深度”，它正比于 ，高