第七章静止电荷的电场概述.ppt

研究电场中存在金属导体时，电场与金属之间的 相互作用。 研究电场中存在电介质时，电场与电介质之间的 相互作用。 1、金属导体的电结构特点 金属导体中，存在大量自由移动的电子(带负电)和留 在点阵位置上的晶格离子（带正电）。 Eo 图7-34 2、静电感应 感应电荷 当金属不带电时，正、负电荷中和，呈电中性。自由 电子作无规则热运动，无定向运动。 当金属导体处于外电场中时，情况怎样？ 3 .导体的静电平衡条件 导体的静电平衡状态—导体内部和表面都没有电荷作宏观定向运动的状态 。 导体内部的场强: Eo 图7-34 =0 外 感 静电感应 4.静电平衡下导体的性质 (2).导体表面附近的场强方向垂直于导体表面。 导体处于静电平衡只需:10-14~ 10-13s! 因此,导体处于静电平衡的条件是 (1).导体内部的场强处处为零, 即 。 =0 (1).导体内部的场强处处为零。 (2).静电平衡下的导体是等势体,其表面是等势面。 a b c 图7-35 (3).静电平衡下,实心导体所带的电荷只能分布在导体的表面上 即任一闭合曲面内均无净电荷，所以电荷只能分布在外表面上。 q 图7-36 =0 s 5.导体表面附近的场强 (7-16) 方向：垂直于导体表面。 E 图7-37 ? 6.尖端放电 由表面是否尖锐决定。 表面尖锐， ?大；表面平滑， ?小。 数学描述：表面曲率大， ?大； 表面曲率小， ?小。 面密度?与曲率成正比 ?由什么决定？ 表面尖，导体表面曲率半径小，曲率大,电荷面密度大，电场也大，以致空气被击穿，从而形成尖端放电。 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,输电线的表面应是光滑的。具有高电压的零部件的表面也必须做得十分光滑并尽可能做成球面。与此相反,人们还可以利用尖端放电。例如,火花放电设备的电极往往做成尖端形状,避雷针也是利用尖端的缓慢放电而避免“雷击”的。 这表明，空腔内表面根本就无电荷(等量异号也不可能)。 图7-38 q 空腔内表面可否有等量异号电荷呢？ =0 a b a b s (1)导体内的场强处处为零。 (1). 腔内无电荷 7 空腔导体内外的静电场 (2)空腔所带电荷只能分布在外表面上, 内表面上无电荷。 (3)空腔内空间中的场强处处为零。 图7-38 (4)空腔导体(包括空腔中的空间)是一个等势区。 .a .b 如果把仪器放入此导体空腔中, 则不会受到任何外电场的影响。这就是静电屏蔽原理。 Q 图7-39 q q+Q q S 则空腔外表面就为q+Q。 (4)空腔导体本身是一个等势体, 而空腔中各点的电势一般是不同的。 (2)腔内有带电体q的导体空腔若带电Q, 则空腔内表面带电-q, 空腔外表面带电q+Q。 (2).腔内有电荷 (1)导体内的场强处处为零。 (3)空腔内的空间中存在电场。 例题7-24 A、B为平行放置的两块大金属平板,面积为S,相距d, A板带电QA, B板带电QB,求两板各表面上的电荷面密度及两板间的电势差(忽略金属板的边缘效应)。 (?1+ ?2)S=QA 解 设四个表面上的面电荷密度分别为?1、?2 、?3和?4 ,如图9-7所示，则 ?1 ?2 ?3 ?4 (?3+ ?4)S=QB P1点: P2点: A B d 图7-40 s P1 P2 解上面四个式子得 ?1 ?2 ?3 ?4 A B d 图7-40 s P1 P2 (相对面等量异号) (?1+ ?2)S=QA (?3+ ?4)S=QB 两板间的电场： 两板间的电势差为 讨论：若QA=-QB (电容器带电时就是这样)，则 ?1=?4=0， ?1 ?2 ?3 ?4 A B d 图7-40 s P1 P2 例题7-25 A、B、C是三块平行金属板，面积均为S=200cm2, d2=4.0cm, d1=2.0cm，如图7-8所示。设A板带电q=3.0×10-7C, 不计边缘效应，求B板和C板上的感应电荷，以及A板的电势。 图7-41 C A B d1 d2 解 设A板左面带电q1，右面带电q2; q1+q2= q (1) 根据题意：uA-uB=uA-uC q1 q2 -q1 -q2 则C板右面将