《物理学原理及工程应用》课件0403静电屏蔽.pptx

1、01 静电屏蔽现象02 静电场中的导体 03 静电平衡的导体表面附近的场强04 导体表面曲率对电荷分布影响05 静电屏蔽现象的物理解释06 有导体在时静电场的分析与计算4.3静电屏蔽武当山武当山 “金顶金顶”,”,“雷火炼殿雷火炼殿”01 静电屏蔽现象02 静电场中的导体原子实原子实 周期性排列，在平衡位置做微小振动周期性排列，在平衡位置做微小振动最外层电子最外层电子 共有化电子共有化电子 共有化电子在导体中可以自由运动共有化电子在导体中可以自由运动金属中的电子金属中的电子晶格振动晶格振动导体的静电平衡状态 导体内部场强由空间所有电荷共同产生 导体内部和表面没有电荷的定向运动02 静电场中的导

2、体1 导体的静电平衡条件 导体内部场强处处为零 导体是等势体,导体表面紧邻处2 静电平衡时导体上电荷的分布 感应电荷感应电荷 外场作用下出现在导体表面的电荷外场作用下出现在导体表面的电荷 在导体内任选一小闭合曲面在导体内任选一小闭合曲面 Sint01iSiEdSqint0E0iiq 2)空腔导体内无带电体如果内表面有感应电荷那么感应电荷不能全部为正电荷或全部为负电荷 2)空腔导体内无带电体静电平衡时的空腔导体(无论是否带电，或在外电场中)电荷只分布在外表面!选取一条积分路线，必然有 与静电平衡时 导体是等势体相违背！0空腔导体带电qc，包围电荷q3)空腔导体内有带电体达到静电平衡时内外表面均有

3、电荷分布静电平衡时静电平衡时空腔导体内电场处处为零空腔导体内电场处处为零导体内无电场线，所以内表面带电荷-q；导体电荷守恒，所以外表面带电荷qc+q P 点附近的场强沿法线方向选取很小的圆柱面为高斯面03 静电平衡的导体表面附近的场强 处于静电平衡的导体表面一点的电荷面密度与导体外紧邻的电场强度成正比0SE S0E0E E是空间所有电荷产生的04 导体表面曲率对电荷分布影响假设导体球1 带电Q1 半径r1 导体球2 带电Q2 半径r2 静电平衡后,电势相同,两球表面有一定电荷分布 两球可看作是孤立导体球 长导线连接导体球1和2表面曲率半径越小的地方,电荷面密度越大_反之亦然2111110141

4、4QrQr22222202414QrQr1221rr导体球1导体球2 球面电荷面密度与半径成反比12 导体上为正电荷情况导体上为正电荷情况表面尖端附近的强电场表面尖端附近的强电场表面尖端附近的强电场表面尖端附近的强电场带电粒子和分子发生碰撞带电粒子和分子发生碰撞空气中带电粒子获得足够的能量空气中带电粒子获得足够的能量分子电离产生正离子和负离子分子电离产生正离子和负离子飞向尖端与正电荷中和飞向尖端与正电荷中和远离尖端运动远离尖端运动带动空气流动带动空气流动 电风电风05 静电屏蔽现象的物理解释利用导体壳消除电荷对其它空间的影响利用导体壳消除电荷对其它空间的影响 静电屏蔽静电屏蔽电荷电荷q在激发电

5、场在激发电场V区域的场强不为零区域的场强不为零用导体壳将空间用导体壳将空间V罩起罩起根据导体静电平衡条件根据导体静电平衡条件空间空间V区域的场强为零区域的场强为零 区域区域V内的带电体内的带电体q0在空间激发电场在空间激发电场 用导体壳罩起，壳外仍有电场用导体壳罩起，壳外仍有电场导体壳接地导体壳接地 导体壳外的电场为零导体壳外的电场为零22.27(a)A conducting box(a Faraday cage)immersed in a uniform electric field.The field of the induced charges on the box com-bines

6、with the uniform field to give zero total field inside the box.(b)This person is inside a Faraday cage,and so is protected from the powerful electric discharge.06 有导体存在时静电场的分析与计算 静电场的基本定律 库仑定律和高斯定理 计算空间的电场 电荷守恒 导体上的电量守恒 导体静电平衡条件 内部场强处处为零 导体 等势体例题：两块带电分别为 的平行导体板A和B 相距为d。假设 ，且满足ABq and q2Sd0ABqq求：静电平衡

7、时两板表面上电荷面密度和空间的电场电荷守恒1234ABSSqSSq123400001234000022222222ABPPEEPA点和PB点的电场142322ABABqqSqqS 00假设各面带正电荷，电场向右为正？静电平衡时两板各表面上电荷的面密度和空间的电场？142322ABABqqSqqS 空间电场分布141000322000143000222222222ABABABqqESqqESqqES 两板各表面上电荷的面密度例题：半径为R1的金属球A带电量为q1，在其外同心地罩一个内外半径为R2和R3的金属球壳B，金属球壳B带电量为q2，如图所示。试求此带电系统的：2)电场分布3)电势分布1)电

8、荷分布 静电平衡时 电荷分布在A球和B球壳的表面 1)A球和B球壳上的电荷分布根据导体静电平衡条件，金属球A表面带有电量q1，球壳B内表面带有感应电荷-q1由电荷守恒定律可知，球壳外表面电量为q1+q2由于导体球及球壳表面曲率每处都相等，故这些电荷都是均匀分布在其表面上。-q1q1+q22）利用均匀带电球面的场强分布和电场叠加原理 Eint 0 Eextq40r2 EI 0EII140q1r2EIII 0EIV140q1q2r2 rR1 R1rR2 R2rR3 rR3方向沿径向-q1q1+q23）利用均匀带电球面的电势分布和电势叠加原理 intq40R extq40r1120213001111

9、444IqqqRRqR rR1-q1q1+q2111022030111444IIqqRRqqr R1rR23）利用均匀带电球面的电势分布和电势叠加原理 intq40R extq40r-q1q1+q2100102111003102111411444441IIIIVqrqqqqqqrrrqrR R2rR3 rR33）利用均匀带电球面的电势分布和电势叠加原理 intq40R extq40r I140q1R1140q1R2140q1q2R3II140q1r140q1R2140q1q2R3III140q1r140q1r140q1q2R3IV140q1r140q1r140q1q2r rR1 R1rR2 R2rR3 rR3-q1q1+q2