静电场中的导体讲义.ppt

* 第九章静电场中的导体与电介质 9 – 1 静电场中的导体 * 一 静电感应 静电平衡条件 前面讨论了真空中的静电场。实际上，在静电场中总有导体或电解质（绝缘体）存在，而且在静电的应用中也都要涉及导体和电介质的影响。 金属导体由大量的带负电的自由电子和带正电的晶体点阵构成。当导体不带电或者不受外电场影响时，自由电子虽可以在金属导体内作无规则的热运动，但无论对整个导体或对导体中某一个小部分来说，自由电子的负电荷和晶体点阵的正电荷的总量是相等的，导体呈现电中性。在这种情况下，金属导体中的自由电子只作微观的无规则热运动，而没有宏观的定向运动。 若把金属导体放在外电场中，导体中的自由电子在作无规则热运动的同时，还将在电场力作用下作宏观定向运动，从而使导体中的电荷重新分布。 静电感应现象：在外电场作用下，引起导体中电荷重新分布呈现出的带电现象。 在匀强电场中放入一块金属板G，在电场力的作用下，金属板内部的自由电子将逆着外电场的方向运动，使得G的两个侧面出现了等量异号的电荷。于是，这些电荷在金属板的内部建立起一个附加电场，其方向和外电场方向相反。直到导体内部E=0。 静电平衡：导体内没有电荷作定向运动，E=0，导体处于静电平衡状态。 + + + + + + + + + 一 静电感应 静电平衡条件 感应电荷 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 导体内电场强度 外电场强度 感应电荷电场强度 + + + + + + 导体是等势体 静电平衡条件 （1）导体内部任何一点处的电场强度为零； （2）导体表面处的电场强度的方向,都与导体表面垂直.若导体表面处电场强度的方向与导体表面不垂直，则电场强度沿表面将有切向分量，自由电子受到与该切向分量相应的电场力的 作用，将沿表面运动，这样就不是静电平衡状态了。 导体表面是等势面 导体内部电势相等 二 静电平衡时导体上电荷的分布 + + + + + + + + + + 结论：在静电平衡时，导体内部无净电荷，电荷只分布在导体表面. 1　实心导体 2　有空腔导体 空腔内无电荷 电荷分布在表面上 内表面上有电荷吗？ 若内表面带电 所以内表面不带电 + + - - 结论：静电平衡时，空腔内无电荷时，电荷分布在外表面上（内表面无电荷） + + + + + + + + + + 矛盾 导体是等势体 空腔内有电荷 电荷分布在表面上 内表面上有电荷吗？ 结论 当空腔内有电荷 时,内表面因静电感应出现等值异号的电荷 ，外表面有感应电荷 （电荷守恒） + + + + + + + + + + + 为表面电荷面密度 作钱币形高斯面 S 3　导体表面电场强度与电荷面密度的关系 处于静电平衡时，导体表面电场强度的大小与该表面电荷面密度成正比 + + + + + + + + + 注意 导体表面电荷分布与导体形状以及周围环境有关. 4　导体表面电荷分布规律 带电导体尖端附近电场最强 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，即尖端放电 .阴雨潮湿天气时常可在高压输电线表面附近看到淡蓝色辉光的电晕，就是一种平稳的尖端放电现象。 尖端放电会损耗电能, 还会干扰精密测量和对通讯产生危害 . 然而尖端放电也有很广泛的应用 .静电除尘和静电分离。 尖端放电现象 尖端放电现象的利与弊。 电风实验 + + + + + + + + + + 避雷针 尖端放电现象的利用 避雷针必须可靠接地 带电云 避雷针的工作原理 + + + + － － － － － + + － + 三 静电屏蔽 1　屏蔽外电场 外电场 空腔导体可以屏蔽外电场, 使空腔内物体不受外电场影响.这时,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等. 空腔导体屏蔽外电场 导体放入电场中，产生静电感应，感应电荷分布在导体表面，导体内和空腔中的E处处为0，故可用空腔来屏蔽外电场，使腔内的物体不受外电场的影响。 接地空腔导体 将使外部空间不受 空腔内的电场影响. 问：空间各部 分的电场强度如何 分布 ？ 接地导体电势为零 2　屏蔽腔内电场 + + + + + + + + 例 有一外半径 和内半径 的金属球壳，在球壳内放一半径 的同心金属球，若使球壳和金属球均带有 的正电荷，问 两球体上