静电场与导体的相互作用课件.pptVIP

靜電場與導體的相互作用*靜電場與物質的相互作用體現在兩個方面：一方面，當把物質放在靜電場中時物質要受到電場的作用；另一方面，電場中的物質也會對電場產生影響。一、導體的靜電平衡條件這一部分只限於討論各向同性均勻金屬導體與電場的相互作用。導體內有大量的自由電荷，當把導體放在外電場中時，導體中的自由電子都將受到電場力的作用，出現宏觀定向運動，引起導體上電荷的重新分佈，在導體表面出現感應電荷。這種現象稱為靜電感應現象。*導體內部的總場強當時,導體處於靜電平衡狀態。導體的靜電平衡：在電場中，導體的內部和表面都沒有電荷定向移動的狀態。導體靜電平衡條件：導體內部場強處處為0。用反證法，若電場強度不為零，則自由電荷將能移動。說明：1.這裏所指的導體內部的場強是指空間中的一切電荷（包括導體外部的電荷和導體上的電荷）在導體內部產生的總場強。2.以後所指的導體都是指處在靜電平衡狀態下的導體。*1.導體上的電勢分佈結論：靜電平衡時導體為等勢體，導體表面為等勢面。證明：設一導體處於靜電平衡狀態。在導體內任取兩點，靜電平衡時導體為等勢體，導體表面為等勢面。其電勢差為：二、靜電平衡狀態導體的性質*2.導體上的電荷分佈結論1：靜電平衡時導體內無淨電荷，所有電荷分佈於外表面。高斯面證明：導體內作高斯面靜電平衡時縮小高斯面，所以靜電平衡時導體內無淨電荷。如果則有*結論2：電荷在導體表面上的分佈與導體表面的形狀和周圍存在的帶電體有關。一般來說，孤立導體處於靜電平衡時，它的表面各處的面電荷密度與各處表面的曲率有關，曲率越大的地方，面電荷密度越大。3.導體表面外側附近的場強結論：靜電平衡時，場強方向與導體表面垂直。?????????????由於靜電平衡時導體表面為等勢面，由等勢面的性質，場強方向垂直於等勢面，所以場強垂直於導體表面。如果場強不垂直於表面，電場力繼續移動電荷，不滿足靜電平衡條件。*1.靜電平衡狀態導體空腔內無帶電體時的特點結論1：空腔內表面處處無淨電荷，全部電荷分佈於外表面。證明：在導體內作高斯面，導體內導體內表面電荷是否會等量異號？設內表面A處?e0,B處?e0，兩者之間就必有電力線相連。空腔內AB兩點就有電勢差存在，這與導體是等勢體、導體內場強為零相矛盾。所以導體內表面處處?e=0。三、靜電平衡狀態導體空腔的性質靜電遮罩*結論2：空腔內部及導體內部電場強度處處為零，即它們是等電勢。空腔導體具有靜電遮罩作用。例如：高壓帶電作業人員穿的導電纖維編織的工作服。以上這些結論不受腔外帶電體的影響，不管外電場如何變化，由於導體表面電荷的重新分佈，總要使內部場強為零。腔外帶電體與腔外表面電荷在腔內場強總貢獻為零。+?2U=C2U=C2+?3U=C3U=C3這是靜電遮罩的一種含義。*2.導體空腔內有帶電體時的特點導體原帶有電荷Q，腔內另有q電荷。結論：內表面帶有–q電荷。外表面帶有Q+q電荷。證明：在導體面內作高斯面，導體內由於腔內有q電荷，腔內表面有–q電荷,由電荷守恆定律，在外表面上產生等量的正電荷，外表面上的電荷為：*腔內有帶電體的空腔導體接地時，內表面所帶總電量與空腔內帶電體的電量相等、符號相反。腔外無帶電體時，外表面上的感應電荷被大地電荷中和，所以不帶電荷。金屬空腔是零等勢體。若腔內有帶電體的導體空腔接地，並且腔外有帶電體時，外表面上的感應電荷被大地電荷部分中和。可以證明：此時殼內的任何電場都不影響外界，也不受外界影響。例如：如家電的接地保護；外表面所帶電荷的多少必須保證腔內、腔內表面、腔外表面以及腔外電荷在導體內產生的場強為零，即滿足靜電平衡條件。金屬空腔是零電位。*例、在帶電量為、半徑為R1的導體球殼外，同心放置一個內外半徑為R2、R3的金屬球殼。求：1、求外球殼上電荷及電勢分佈；2、把外球接地後再絕緣，求外球上的電荷分佈及球殼內外的電勢分佈；3、再把內球接地，求內球上的電荷分佈及球殼的電勢。解1、1、求電勢分佈（用疊加原理）**2、外球接地後再絕緣：電勢分佈：*3、再把內球接地：電荷重新分佈：由高斯定律：由電守恆定律：又因內球接地