6-1 静电场中的导体.pptVIP

两图比较： 避雷针的原理并不是阻挡雷电，而是沿着安全的路径使云层里的电荷和地面的电荷中和，从而保护建筑物免受雷电的袭击。 第六章 静电场中的导体和电介质 6-1 静电场中的导体 物理学 第五版 第六章 静电场中的导体和电介质 物理学 第五版 无外场时，整个金属的电量代数和为零，呈电中性，这时电子只是作无规则的热运动。 §6-1　静电场中的导体 金属导体的电结构 一 静电平衡条件 1 静电感应 当把导体引入场强为E0的外场后，导体中的自由电子就在外电场的作用下，沿着与场强方向相反的方向运动，从而引起导体内部电荷的重新分布现象，这就是静电感应。 导体内部的场强 感应电荷 感应电荷所产生的附加场。 2、静电平衡 （1）静电平衡：在导体内部及表面各处都没有电荷作宏观定向运动的状态（这一定义对带电导体亦成立）。 静电平衡条件： （1）导体内部任何一点处的电场强度为零； （2）导体表面处电场强度的方向，都与导体表面垂直. + + + + + + 导体表面为等势面 导体内各点电势相等 推论：导体是等势体，导体表面是等势面 S - + - + + - 实心带电导体 高斯面 1. 实心导体 结论：导体内部无净电荷， 　　　电荷只分布在导体表面. 二 静电平衡时导体上电荷的分布 + + + + + + + + + + 高斯面 实心带电导体 说明：导体内部无净电荷，电荷只分布在导体表面. 但表面电荷的分布与外电场有关。 S - + - + + - 实心带电导体 高斯面 2　空腔导体 （a) 空腔内无电荷时 电荷分布在表面 内表面？ 外表面？ 空腔带电导体 高斯面 若内表面带电，必等量异号 结论：空腔内无电荷时，电荷分布在外表面,　　　 内表面无电荷. 与导体是等势体矛盾 － ＋ 高斯面 + + + + + + + + + + 空腔带电导体 (b) 空腔内有电荷时 结论: 空腔内有电荷+q时，空腔内表面有感 应电荷-q，外表面有感应电荷+q． + 高斯面 q q -q 空腔导体 作扁圆柱形高斯面 3 导体表面附近场强与电荷面密度的关系 + + + + + + + ? ?S 一般说，在导体的向外突出部位的曲率越大，面密度?也越大。 由此可知，对于孤立球形导体，由于其表面曲率处处相等， 因而其荷电时，电荷一定是均匀分布在其外表面的。 + + + + + + + + 显然，荷电导体不是处于孤立状态，无此结论。 4)对于孤立导体，其电荷面密度与该表面处的曲率有关 + + + + + + + + + 带电导体尖端附近的电场特别大，可使尖端附近的空气发生电离而成为导体产生放电现象． 尖端放电现象 电风实验 + + + + + + + 电风是带电体尖端效应的一种表现，当尖端附近的电场强度达到2－3╳106V/m时，空气中残留的离子会在强电场的作用下发生剧烈的运动，在剧烈的运动过程中它们与空气分子发生碰撞，会使空气分子电离，这个过程十分迅速，瞬息之间产生出大量的新离子，与尖端上电荷相异的离子受到吸引而趋向尖端，最后与尖端上电荷中和，与尖端上电荷相同的离子受到排斥而飞离尖端，这种离子的迁移运动形成了所谓的电风，由此可以得出电风的定义是尖端电场排斥同号离子而形成的离子风。 避雷针必须可靠接地 带电云 避雷针的工作原理 + + + + － － － － － + + － + 云层的底部带负电荷，因此感生的正电荷便会在云层下的地面聚集。根据静电学的原理，带电导体表面上较尖的地方，电荷面密度会较其他地方高，场强大，所以避雷针的尖端会比其他地方集合了更多的正电荷，引导云层中的负电荷沿着避雷针频密地往地面放电，以免云层中的负电荷累积过多，一次过放电时形成了具有巨大破坏力的雷电，击中地面上聚集了较多正电荷的建筑物。 三 静电屏蔽 1　屏蔽外电场 2　屏蔽内电场 + + + + + + + + 接地空腔导体屏蔽内电场 用空腔导体屏蔽外电场 1.空腔导体起到屏蔽外电场的作用。 - - - - - - 仪器 + + + + + + + + + + + + + 可用导体空腔来保护内部不受外场影响，如所有电气仪表的表头外部均有一金属外壳。 静电屏蔽详述 如：高压带电作业人员穿的导电纤维编织的工作服。 2. 在外壳接地的情况下，可使金属壳内的场对外界不产生影响。 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + 仪器 + + + + + + + + + + + + + + + + + + 总之，导体壳内部电场不受壳外电荷的影响；接地导体使得外部电场不受壳内电