电磁学通论教学PPT（共8章）Chapter2静电场中的导体 电介质 .pptxVIP

;第2章 静电场中的导体 电介质 ;本章概述;2.1 导体静电平衡条件 ;导体达到静电平衡的过程描述 ;这个达到静电平衡过程的响应时间是很短的，约 τ = 10-4 s量级。;导体静电平衡特性;证明第（4）条特性: ;几点说明;【讨论】导体表面处的场强和导体表面受力面密度 ;结果：;2.2 若干实例及其典型意义 ;给定导体电势求出空间电势场;最终得本题全空间电势场为：;给定导体总电量求出面电荷分布;得到两个重要关系式，;半定量分析----中性导体进入一均匀场所带来的变化; 本题结果却表明了一个具有普遍意义的重要物事，即，一旦有一导体进入电场，即便它是不带电的，也将引起空间等势面形态发生显著变化，似有牵一发而动全身之效应，这里，起决定性作用的是导体的形状、大小、位置及其电势值。 在电子光学领域，比如电子显像管和电子显微镜的设计，其核心问题是关于电极组作为一导体系其形状、大小、布局以及电势取值的选择，这将直接决定着运行于其间的电子径迹、偏转和聚焦，这是一项专门的学问。 ;半定量分析-----中性导体接近一带电导体所引起的变化;在 QA 产生的电场力驱动下，B 块中自由电荷的迁移所造成的面电荷积累 ( -q, q )，只可能是左负右正，唯此方能反抗外场以至体内； 另一方面，这新出现的电荷分布 ( -q, q ) 反过来影响 A 球上原本均匀的电荷分布，其趋势是左边的部分正电荷向右边迁移，亦即向 B 块方向迁移，否则 A 球若依然保持电荷均匀分布，由于 ( -q, q ) 的存在其内部的场强就不为零了，这是不满足静电平衡条件的。 据以上分析所得两者面电荷的重新分布，可粗略而正确的描绘出空间电场线图像，如图中带箭头的曲线。 再根据导体 A 或 B 皆为等势体，以及电场线处处与等势面正交，可粗略地描绘出二维等势线，如图中那些粗黑的闭合曲线。; 根据电场线 E 方向总是指向电势降落方向这一性质，立马可以判断出电势 UA UB U地 = 0 。考量眼下电势 UA 与原先电势 UA0 数值大小之比较，就是考量球 A 电量右迁和 ( -q, q ) 出现对球 A 电势之影响，为此选择位于球 A 左侧的场点 P 作为考察对象是明智的，显然那正电量右迁引致 P 点电势增量 ΔU1(p) 0，而 ( -q, q ) 出现引致 P 点电势增量 ΔU2(p) 0 ，综合这两个负效应，得; 结果表明，一个不带电的中性导体靠近一个带正电的导体，则将导致后者电势降低，而自身的电势提升为正。特别值得注意的是，当一个中性导体比如人体，接近一个高压静电器比如20万伏，虽然它并未直接触摸后者，但它已处于高电势比如1万伏，这将招致人身安全危险。远离高压带电体或高压电器，应当成为人们的一个安全须知。;单一导体表面不可能出现异号电荷分布;单一导体表面曲率半径越小处，则其表面电荷密度越大，因而其外侧场强就越强，以致其数值超过周围介质比如空气的击穿场强。 一旦周围空气被击穿即被电离，就有异号电荷比如负离子，流向该处，从而中和了其上的电荷，或者说，导体表面尖端处易于最先放电，使其上感应电荷的积累受限，亦即其电势受限。这就是人们常说的导体尖端放电原理或尖端放电效应。 高大建筑物顶层装有一避雷针，以防止在雷电天气时被雷击，其依据的就是尖端放电原理。;2.3 空腔导体 静电屏蔽 ;一类空腔导体的静电特性;若腔壁 ( Σi ) 上部分表面带电量为 q，则其另一部分表面必带电 ( -q ) ，这是因为腔体内部 Ein = 0，故腔体内任何一个将腔壁包围其中的闭合面其电通量为零，而据静电通量定理，其内部电荷之代数和为零，q + ( -q ) = 0 满足这一要求。 虽然存在 ( q, -q ) 不违背这一方面的通量定理，可是正电荷 q 的存在，必定从此处发出电场线（这也是通量定理的一种形象表述），这些电场线不可能中断于无源空间 ( V0 ) ，它们将继续延伸而终止于对方 ( -q ) 处； 显然，沿这些电场线的场强积分值不为零，这意味着其头尾两点之间存在电势场，这违背了静电导体是一个等势体这一平衡条件。于是，其结论是一类空腔导体其内表面处处无电荷。;静电屏蔽的第一种含义; 如果外部电荷 qA 移动至另一处，则，面电荷立马响应一个新的分布，以完全抵消 qA 产生的场强，而依然保证 E0 = 0 ，且 Ein = 0。这一图景宛如老鹰抓小鸡，表面上大量的自由电荷扮演一群母鸡的角色，总能完全抵挡住 qA 这只老鹰的侵袭。;静电高压起电; 严格闭合的球腔，等效于其 p ? 100%，故 QM ? ∞。实际上的空腔导体非严密闭合而开有一个小孔。这使其最大电量及相应的最高电势受到了一定程度的限制。