静电场中的导体静电平衡课件.ppt
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- 静电场 中的 导体 静电 平衡 课件
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1、第第5章章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质 5.1 静电场中的导体静电场中的导体 5.2 电容和电容器电容和电容器(自学)(自学)5.3 静电场中的电介质静电场中的电介质 5.4 静电场的能量静电场的能量 *5.5 几种各向异性电介质介绍(不讲)几种各向异性电介质介绍(不讲)本章讨论电场中导体的静电平衡和电介质的本章讨论电场中导体的静电平衡和电介质的极化,导出有介质时电场的高斯定理,介绍静极化,导出有介质时电场的高斯定理,介绍静电场的能量特征。电场的能量特征。导体和电介质的微观结构不同,它们与电场导体和电介质的微观结构不同,它们与电场的相互作用有明显的差别。的相互作用有明显的差别
2、。导体:导体:导电性能好的物体导电性能好的物体电介质或绝缘体:电介质或绝缘体:导电性能极差的物质导电性能极差的物质5.1 静电场中的导体静电场中的导体 5.1.1 导体的静电平衡导体的静电平衡 5.1.2 静电平衡导体上的电荷分布静电平衡导体上的电荷分布 5.1.3 静电平衡导体表面附近的电场静电平衡导体表面附近的电场 5.1.4 静电屏蔽静电屏蔽 【演示实验演示实验】鸟笼演示静电屏蔽,空心球壳鸟笼演示静电屏蔽,空心球壳演示静电屏蔽,尖端放电:电风轮,电风吹火演示静电屏蔽,尖端放电:电风轮,电风吹火,正负电荷间的尖端放电,正负电荷间的尖端放电 原子的价电子受原子原子的价电子受原子核的束缚很弱,
3、大量的价电子就像气体一样可核的束缚很弱,大量的价电子就像气体一样可以在金属中自由运动以在金属中自由运动5.1.1 导体的静电平衡导体的静电平衡 只限于讨论只限于讨论金属导体:金属导体:静电感应:静电感应:把导体放进外电场中,在电场力把导体放进外电场中,在电场力的作用下导体内的自由电子作定向运动,导体的作用下导体内的自由电子作定向运动,导体上的电荷重新分布。上的电荷重新分布。无外电场时自由电子作无规则热运动,无定向无外电场时自由电子作无规则热运动,无定向运动。由于金属表面层对电子的束缚,自由电子运动。由于金属表面层对电子的束缚,自由电子一般不能脱离金属表面。一般不能脱离金属表面。故金属导电故金属
4、导电 当附加电场与外电场达到平衡时,当附加电场与外电场达到平衡时,导体内部的场强处处为零,自由电子不再作定导体内部的场强处处为零,自由电子不再作定向运动,导体上的电荷分布不再随时间变化向运动,导体上的电荷分布不再随时间变化 感应电荷:感应电荷:在静电感应中,导体表面不同部在静电感应中,导体表面不同部分出现的正、负电荷。分出现的正、负电荷。感应电荷所产生的附加电场,在导体内与外感应电荷所产生的附加电场,在导体内与外电场的方向相反。电场的方向相反。因电子质量很小,导体内自由电子数目巨大,因电子质量很小,导体内自由电子数目巨大,则电子从开始移动到静电平衡所经时间极短,则电子从开始移动到静电平衡所经时
5、间极短,约为约为 10 14 s。导体达到静电平衡导体达到静电平衡 静电平衡:静电平衡:导体内部场强处处为零导体内部场强处处为零导体的静电平衡条件:导体的静电平衡条件:因为只要导体内部某处场强不为零,则该处因为只要导体内部某处场强不为零,则该处自由电子受电场力作用作定向运动,就不是静自由电子受电场力作用作定向运动,就不是静电平衡。电平衡。静电平衡导体是等势体,其表面是等势面。静电平衡导体是等势体,其表面是等势面。导体内部任意两点间的电势差导体内部任意两点间的电势差 baabrEd 把积分路径取在导体内部把积分路径取在导体内部,则有,则有0d baabrE内内 0内 E导体的静电平衡性质:导体的
6、静电平衡性质:E0导体放进外电场导体放进外电场 E内内=0,E表面表面 表面表面+E E=0达到静电平衡达到静电平衡 因此电荷因此电荷只能分布在导体表面上。只能分布在导体表面上。5.1.2 静电平衡导体上的电荷分布静电平衡导体上的电荷分布 1、电荷只能分布在导体表面上、电荷只能分布在导体表面上 包围包围P点作一很小的闭合面点作一很小的闭合面 S。因。因 E内内0,由高斯定理可知面由高斯定理可知面 S 内电荷为零。内电荷为零。上述证明不适用于导体表面上的点,上述证明不适用于导体表面上的点,PS 2、对于一个导体空腔,腔内没有带电体时,、对于一个导体空腔,腔内没有带电体时,电荷只能分布在空腔的外表
7、面上。电荷只能分布在空腔的外表面上。如果腔内有带电体,则电荷可以分布在空腔如果腔内有带电体,则电荷可以分布在空腔(净电荷为(净电荷为Q)的内、外表面上。)的内、外表面上。qQ+q5.1.3 静电平衡导体表面附近的电场静电平衡导体表面附近的电场nE0 按照高斯定理:按照高斯定理:,0 SSE 写成矢量形式,即证。写成矢量形式,即证。0 E【思考思考】场强场强 E 只只由由电荷电荷 S 产生产生吗?吗?n:导体表面:导体表面外外法线方向单位矢量法线方向单位矢量 在一般情况下,孤立带在一般情况下,孤立带电导体表面曲率大(凸出电导体表面曲率大(凸出而尖锐)的地方面电荷密而尖锐)的地方面电荷密度大,曲率
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