大物物理教程 第2版 课件 3-7 静电场中的导体.ppt

静电屏蔽的应用精密电磁仪器金属外罩使仪器免受外电场干扰高压设备金属外罩避免其电场对外界产生影响.电磁信号传输线外罩金属丝编制屏蔽层免受外界影响.高压带电作业中工人师傅穿的金属丝编制的屏蔽服使其能够安全的实施等电势高压操作.应用：精密测量上的仪器屏蔽罩、屏蔽室、高压带电作业人员的屏蔽服（均压服）等。上页下页返回退出上页下页返回退出****静电感应：在电场力作用下，导体中自由电子作宏观定向运动，使电荷产生重新分布的现象。1.金属导体与电场的相互作用特征：导体内存在大量的自由电子无外场时：无规运动在外场中：无规运动宏观定向运动§3-7静电场中的导体一、导体的静电平衡静电感应过程E0导体达到静电平衡静电平衡：导体内部及表面均无电荷定向运动，导体上电荷及空间电场分布达到稳定.条件：或:导体是等势体导体表面是等势面。2.导体的静电平衡导体上感应电荷将对原来的外加电场施加影响，改变其分布。金属球放入前电场为一均匀场E金属球放入后电力线发生弯曲电场为一非均匀场+++++++导体球感应电荷激发的电场二、导体上电荷的分布(1)实心导体静电平衡下,导体所带的电荷只能分布在体的外表面上，内部无净电荷。证明：在导体内任取体积元由高斯定理?体积元任取导体内各处+++++++++++++++++++导体静电平衡时，电荷只能分布在导体表面！?如果有空腔,且空腔中无电荷,则?如果有空腔,且空腔中有电荷,则空腔内表面和导体中无净电荷，净电荷只能分布在导体外表面！在内、外表面分别分布有与腔内电荷电性相反和相同的等量净电荷！+q---------------(2)对于内部有空腔的导体,当处于静电平衡时：++++++++++++++导体的表面场强由高斯定理可证明证明：由高斯定理矢量式：为导体表面法向矢量B孤立导体+++++++++++++++++++导体球孤立带电对于孤立带电导体,电荷在其表面上的分布由导体表面的曲率决定.`在表面凸出的尖锐部分(曲率是正值且较大)电荷面密度较大CA在比较平坦部分(曲率较小)电荷面密度较小，在表面凹进部分带电面密度最小。孤立球体表面电荷均匀分布。例题3-17两个半径分别为R和r的球形导体（Rr），用一根很长的细导线连接起来（如图），使这个导体组带电，电势为V，求两球表面电荷面密度与曲率的关系。Q两个导体所组成的整体可看成是一个孤立导体系，在静电平衡时有一定的电势值。设这两个球相距很远，使每个球面上的电荷分布在另一球所激发的电场可忽略不计。细线的作用是使两球保持等电势。因此，每个球又可近似的看作为孤立导体，在两球表面上的电荷分布各可见大球所带电量Q比小球所带电量q多。两球的电荷密度分别为对孤立导体可见电荷面密度和半径成反比，即曲率半径愈小（或曲率愈大），电荷面密度愈大。自都是均匀的。设大球所带电荷量为Q，小球所带电荷量为q，则两球的电势为尖端放电现象在导体的尖端附近,由于场强很大,当达到一定量值时,空气中原留有的离子在这个电场作用下将发生激烈的运动,并获得足够大的动能与空气分子碰撞而产生大量的离子,其中和导体上电荷异号的离子,被吸收到尖端上,与导体上的电荷相中和,而和导体上电荷同性的离子,则被排斥而离开尖端,作加速运动，这使得空气被“击穿”而产生的放电现象称为尖端放电现象。尖端放电。++++++++++++++++++++++++++由于尖端放电产生的“电风”尖端放电原理的应用在高压设备中,为了防止因尖端放电而引起的危险和漏电造成的损失,具有高电压的零部件的表面必须做得十分光滑并尽可能做成球面。避雷针：是利用尖端放电使建筑物避免“雷击”的。电晕现象静电喷漆例3-18（1）如果人体感应出1μC的电荷，试以最简单的模型估计人体的电势可达多少？（2）在干燥的天气里，空气的击穿电场强度为3MV/m，当人手指接近门上的金属门把手时可能产生的电火花有多长？解：把人体看作半径1m的球体，于是人的电势为V火花放电长度为m例2两块带电量分别为的导体平板平行相对放置（如图所示），假如导体面积为两块导体平板间距为并且试证明(1)相向的两面电荷密度大小相等符号相反；(2)相背